Проводит ли медь теплопроводность: Теплопроводность меди и ее сплавов – плюсы и минусы

Свойства металлов. DjVu

ФPAГMEHT УЧЕБНИКА (…) Мы уже знаем, что в пространственной решётке металлических кристаллов находятся положительно заряженные атомы металлов — ионы. Они более или менее прочно удерживаются на своих местах. Вокруг ионов беспорядочно движутся свободные электроны. Их можно представить в виде «электронного газа», омывающего кристаллическую решётку. Свободные электроны легко перемещаются внутри решётки и служат хорошими переносчиками тепловой энергии от нагретых слоёв металла к холодным.       Высокую теплопроводность металла всегда легко обнаружить. Прикоснитесь в холодную погоду рукой к стене деревянного дома и к железной ограде: железо на ощупь всегда гораздо холоднее, чем дерево, так как железо быстро отводит тепло от руки, а дерево — в сотни раз медленнее. Лучше всех других металлов проводят тепло серебро и золото, затем идут медь, алюминий, вольфрам, магний, цинк и другие. Самые плохие металлические проводники тепла — свинец и ртуть.       Теплопроводность измеряют количеством тепла, которое проходит по металлическому стержню сечением в 1 квадратный сантиметр за 1 минуту. Если теплопроводность серебра условно принять за 100, то теплопроводность меди будет 90, алюминия 27, железа 15, свинца 12, ртути 2, а теплопроводность дерева всего 0,05.       Чем больше теплопроводность металла, тем быстрее и равномернее он нагревается.       Благодаря своей высокой теплопроводности металлы широко используются в тех случаях, когда необходимо быстрое нагревание или охлаждение. Паровые котлы, аппараты, в которых протекают различные химические процессы при высоких температурах, батареи центрального отопления, радиаторы автомобилей — всё это делается из металлов. Аппараты, которые должны отдавать или поглощать много тепла, чаще всего изготовляются из хороших проводников тепла — меди, алюминия.       Самые лучшие проводники электричества — металлы. Хорошей электропроводностью металлы опять-таки обязаны свободным электронам.       Когда мы присоединяем лампочку, плитку или какой-нибудь другой электрический прибор к источнику тока, в проводах, в нити лампочки, в спирали плитки мгновенно возникают большие изменения: электроны теряют прежнюю полную свободу движения и устремляются к положительному полюсу источника тока. Такой направленный поток электронов и есть электрический ток в металлах.       Поток электронов движется по металлу не беспрепятственно — он встречает на своём пути ионы. Движение отдельных электронов тормозится. Электроны передают часть своей энергии ионам, благодаря чему скорость колебательного движения ионов увеличивается. Это приводит к тому, что проводник нагревается.       Ионы разных металлов оказывают движению электронов неодинаковое сопротивление. Если сопротивление мало, металл нагревается током слабо, если же сопротивление велико, металл может раскалиться. Медные провода, подводящие ток к электрической плитке, почти не нагреваются, так как электрическое сопротивление меди ничтожно. А нихромовая спираль плитки раскаляется докрасна. Ещё сильнее нагревается вольфрамовая нить электрической лампочки.       Наиболее высокой электропроводностью отличаются серебро и медь, затем следуют золото, хром, алюминий, марганец, вольфрам и т. д. Плохо проводят ток железо, ртуть и титан. Если электропроводность серебра принять за 100, то электропроводность меди равна 94, алюминия— 55, железа и ртути — 2, а титана — лишь 0,3.       Серебро — металл дорогой и в электротехнике используется мало, но медь применяется для изготовления проводов, кабелей, шин и других электротехнических изделий в громадных количествах. Электропроводность алюминия в 1,7 раза меньше, чем у меди, и поэтому алюминий применяется в электротехнике реже, чем медь.       Серебро, медь, золото, хром, алюминий, свинец, ртуть. Мы видели, что в таком же приблизительно порядке стоят металлы и в ряду с постепенно убывающей теплопроводностью (см. стр. 33).       Наилучшие проводники электрического тока, как правило, являются и наилучшими проводниками тепла. Между теплопроводностью и электропроводностью металлов существует определённая связь, и чем выше электропроводность металла, тем обычно выше и его теплопроводность.       Чистые металлы всегда проводят электрический ток лучше, чем их сплавы. Это объясняется следующим образом. Атомы элементов, составляющих примеси, вклиниваются в кристаллическую решётку металла и нарушают её правильность. В результате решётка становится более серьёзной преградой для электронного потока.       Если в меди присутствуют ничтожные количества примесей — десятые и даже сотые доли процента — электропроводность её уже сильно понижается. Поэтому в электротехнике используют преимущественно очень чистую медь, содержащую только 0,05% примесей. И наоборот, в тех случаях, когда необходим материал с высоким сопротивлением— для реостатов), для различных нагревательных приборов, применяются сплавы — нихром, никелин, константан и другие.       Электропроводность металла зависит также и от характера его обработки. После прокатки, волочения и обработки резанием электропроводность металла понижается. Это связано с искажением кристаллической решётки при обработке, с образованием в ней дефектов, которые тормозят движение свободных электронов.       Очень интересна зависимость электропроводности металлов от температуры. Мы уже знаем, что при нагревании размах и скорость колебаний ионов в кристаллической решётке металла увеличиваются. В связи с этим должно возрастать и сопротивление ионов электронному потоку. И действительно, чем выше температура, тем выше сопротивление проводника току. При температурах плавления сопротивление большинства металлов увеличивается в полтора-два раза.       При охлаждении происходит-обратное явление: беспорядочное колебательное движение ионов в узлах решётки уменьшается, сопротивление потоку электронов понижается и электропроводность увеличивается.       Исследуя свойства металлов при глубоком (очень сильном) охлаждении, учёные обнаружили замечательное явление: вблизи абсолютного нуля, то-есть при температурах около минус 273,16°, металлы полностью утрачивают электрическое сопротивление. Они становятся «идеальными проводниками»: в замкнутом металлическом кольце ток не ослабевает долгое время, хотя кольцо уже не соединено с источником тока! Это явление названо сверхпроводимостью. Оно наблюдается у алюминия, цинка, олова, свинца и некоторых других металлов. Эти металлы становятся сверхпроводниками при температурах ниже минус 263°.       Как объяснить сверхпроводимость? Почему одни металлы достигают состояния идеальной проводимости, а другие нет? На эти вопросы пока ещё нет ответа. Явление сверхпроводимости имеет громадное значение для теории строения металлов, и в настоящее время его изучают советские учёные. Работы академика Ландау и члена-корреспондента Академии наук СССР А. И. Шаль-никова в этой области удостоены Сталинских премий.       МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА       Известна железная руда — магнитный железняк. Куски магнитного железняка обладают замечательным свойством притягивать к себе железные и стальные предметы. Это — естественные магниты. Лёгкая стрелка, сделанная из магнитного железняка, всегда поворачивается одним и тем же концом к северному полюсу Земли. Этот конец магнита условились считать северным полюсом, а противоположный ему — южным.       Если железный или стальной стержень привести в соприкосновение с магнитом, стержень сам становится магнитом, сам будет притягивать железные опилки, стальные гвозди. Говорят, что стержень намагничивается.       Намагничиваться способны все металлы, но в разной степени. Очень сильно намагничиваются только четыре чистых металла — железо, кобальт, никель и редкий металл гадолиний. Хорошо намагничиваются также сталь, чугун и некоторые сплавы, не содержащие в своём составе железа, например сплав никеля и кобальта. Все эти металлы и сплавы называют ферромагнитными (от латинского слова «феррум» — железо).       Совсем слабо притягиваются к магниту алюминий, платина, хром, титан, ванадий, марганец. Намагничиваются они так незначительно, что без специальных приборов обнаружить их магнитные свойства нельзя. Эти металлы получили название парамагнитных (греческое слово «пара» означает около, возле).

электропроводность, свойства, особенности и применение

Во многих отраслях современной промышленности очень широко используется такой материал, как медь. Электропроводность у этого металла очень высокая. Этим и объясняется целесообразность его применения прежде всего в электротехнике. Из меди получаются проводники с отличными эксплуатационными характеристиками. Конечно же, используется этот металл не только в электротехнике, но и в других отраслях промышленности. Объясняется его востребованность в том числе и такими его качествами, как стойкость к коррозионным разрушениям в ряде агрессивных сред, тугоплавкость, пластичность и т.д.

Историческая справка

Медь является металлом, известным человеку с глубокой древности. Объясняется раннее знакомство людей с эти материалом прежде всего его широкой распространенностью в природе в виде самородков. Многие ученые считают, что именно медь была первым металлом, восстановленным человеком из кислородных соединений. Когда-то горные породы просто нагревали на костре и резко остужали, в результате чего они растрескивались. Позднее восстановление меди начали производить на кострах с добавлением угля и поддувом мехами. Совершенствование этого способа в конечном итоге привело к созданию шахтной печи. Еще позже этот металл начали получать методом окислительной плавки руд.

Медь: электропроводность материала

В спокойном состоянии все свободные электроны любого металла вращаются вокруг ядра. При подключении внешнего источника воздействия они выстраиваются в определенной последовательности и становятся носителями тока. Степень способности металла пропускать сквозь себя последний и называется электропроводностью. Единицей ее измерения в Международной СИ является сименс, определяемый как 1 См = 1 Ом^-1.

Электропроводность меди очень высока. По этому показателю она превосходит все известные на сегодня неблагородные металлы. Лучше нее ток пропускает только серебро. Показатель электропроводности меди составляет 57х104 см^-1 при температуре в +20 °С. Благодаря такому своему свойству этот металл на данный момент является самым распространенным проводником из всех используемых в производственных и бытовых целях.

Медь отлично выдерживает постоянные электрические нагрузки и к тому же отличается надежностью и долговечностью. Помимо всего прочего, этот металл характеризуется и высокой температурой плавления (1083,4 °С). А это, в свою очередь, позволяет меди долгое время работать в нагретом состоянии. По распространенности в качестве проводника тока конкурировать с этим металлом может только алюминий.

Влияние примесей на электропроводность меди

Конечно же, в наше время для выплавки этого красного металла используются гораздо более совершенные методики, чем в древности. Однако и сегодня получить совершенно чистый Cu практически невозможно. В меди всегда присутствуют разного рода примеси. Это могут быть, к примеру, кремний, железо или бериллий. Между тем, чем больше примесей в меди, тем меньше показатель ее электропроводности. Для изготовления проводов, к примеру, подходит только достаточно чистый металл. Согласно нормативам, для этой цели можно использовать медь с количеством примесей, не превышающем 0.1 %.

Очень часто в этом металле содержится определенный процент серы, мышьяка и сурьмы. Первое вещество значительно снижает пластичность материала. Электропроводность меди и серы сильно различается. Ток эта примесь совершенно не проводит. То есть является хорошим изолятором. Однако на электропроводность меди сера не влияет практически никак. То же самое касается и теплопроводности. С сурьмой и мышьяком наблюдается обратная картина. Эти элементы электропроводность меди способны снижать значительно.

Сплавы

Разного рода добавки могут использоваться и специально для повышения прочности такого пластичного материала, как медь. Электропроводность ее они также снижают. Но зато их применение позволяет значительно продлить срок службы разного рода изделий.

Чаще всего в качестве повышающей прочность меди добавки используется Cd (0. 9 %). В результате получается кадмиевая бронза. Ее проводимость составляет 90 % от проводимости меди. Иногда вместо кадмия в качестве добавки используют также алюминий. Проводимость этого металла составляет 65 % от этого же показателя меди. Для повышения прочности проводов в виде добавки могут применяться и другие материалы и вещества — олово, фосфор, хром, бериллий. В результате получается бронза определенной марки. Соединение меди с цинком называется латунью.

Характеристики сплавов

Зависеть электропроводность металлов может не только от количества имеющихся в них примесей, но и от других показателей. К примеру с повышением температуры нагрева способность меди пропускать сквозь себя ток снижается. Оказывает влияние на электропроводность такой проволоки даже способ ее изготовления. В быту и на производстве могут использоваться как мягкие отожженные медные проводники, так и твердотянутые. У первой разновидности способность пропускать сквозь себя ток выше.

Однако больше всего влияют, конечно же, используемые добавки и их количество на электропроводность меди. Таблица ниже представляет читателю исчерпывающую информацию относительно способности пропускать ток наиболее распространенных сплавов этого металла.

Электропроводность латуни и меди сравнима. Однако у первого металла этот показатель, конечно же, немного ниже. Но при этом он и выше, чем у бронз. В качестве проводника латунь используется довольно-таки широко. Ток она пропускает хуже меди, но при этом и стоит дешевле. Чаще всего из латуни делают контакты, зажимы и различные детали для радиоаппаратуры.

Медные сплавы высокого сопротивления

Такие проводниковые материалы применяют в основном при изготовлении резисторов, реостатов, измерительных приборов и электронагревательных устройств. Чаще всего для этой цели используются медные сплавы константан и манганин. Удельное сопротивление первого (86 % Cu, 12 % Mn, 2 % Ni) составляет 0.42-0.48 мкОм/м, а второго (60 % Cu, 40 % Ni) — 0.48-0.52 мкОм/м.

Связь с коэффициентом теплопроводности

Удельная электропроводность меди — 59 500 000 См/м. Этот показатель, как уже упоминалось, верен, однако только при температуре +20 ^оС. Между коэффициентом теплопроводности любого металла и удельной проводимостью существует определенная связь. Устанавливает его закон Видемана — Франца. Выполняется он для металлов при высоких температурах и выражается в такой формуле: K/γ = π² / 3 (k/e)²T, где y — удельная проводимость, k — постоянная Больцмана, e — элементарный заряд.

Разумеется, существует подобная связь и у такого металла, как медь. Теплопроводность и электропроводность у нее очень высокие. На втором месте после серебра она находится по обоим этим показателям.

Соединение медных и алюминиевых проводов

В последнее время в быту и промышленности начало использоваться электрооборудование все более высокой мощности. Во времена СССР проводка изготавливалась в основном из дешевого алюминия. Новым требованиям ее эксплуатационные характеристики, к сожалению, уже не соответствуют. Поэтому сегодня в быту и в промышленности очень часто алюминиевые провода меняются на медные. Основным преимуществом последних, помимо тугоплавкости, является то, что при окислительном процессе их токопроводящие свойства не уменьшаются.

Часто при модернизации электросетей алюминиевые и медные провода приходится соединять. Делать это напрямую нельзя. Собственно, электропроводность алюминия и меди различается не слишком сильно. Но только у самих этих металлов. Окислительные же пленки у алюминия и меди свойства имеют неодинаковые. Из-за этого значительно снижается проводимость в месте соединения. Окислительная пленка у алюминия отличается гораздо большим сопротивлением, чем у меди. Поэтому соединение этих двух разновидностей проводников должно производиться исключительно через специальные переходники. Это могут быть, к примеру, зажимы, содержащие пасту, защищающую металлы от появления окиси. Данный вариант переходников обычно используется при соединении проводов на улице. В помещениях чаще применяются ответвительные сжимы. В их конструкцию входит специальная пластина, исключающая прямой контакт между алюминием и медью. При отсутствии таких проводников в бытовых условиях вместо скручивания проводов напрямую рекомендуется использовать шайбу и гайку в качестве промежуточного «мостика».

Физические свойства

Таким образом, мы выяснили, какая электропроводность у меди. Показатель этот может меняться в зависимости от входящих в состав этого металла примесей. Однако востребованность меди в промышленности определяется и другими ее полезными физическими свойствами, получить информацию о которых можно из представленной ниже таблицы.

Химические свойства

По таким характеристикам медь, электропроводность и теплопроводность которой очень высокие, занимает промежуточное положение между элементами первой триады восьмой группы и щелочными первой группы таблицы Менделеева. К основным ее химическим свойствам относят:

Наиболее характерным для меди является двухвалентное состояние. Сходства с щелочными металлами она не имеет практически никакого. Химическая активность ее также невелика. В присутствии СО₂ или же влаги на поверхности меди образуется зеленая карбонатная пленка. Все соли меди являются ядовитыми веществами. В одно- и двухвалентном состоянии этот металл образует очень устойчивые комплексные соединения. Наибольшее значение для промышленности имеют аммиачные.

Сфера использования

Высокая тепло- и электропроводность меди определяет ее широкое применение в самых разных отраслях промышленности. Конечно же, чаще всего этот металл используется в электротехнике. Однако это далеко не единственная сфера его применения. Помимо всего прочего, медь может использоваться:

Для изготовления разного рода ювелирных изделий используется в основном сплав меди с золотом. Это позволяет увеличить стойкость украшений к деформациям и истиранию. В архитектуре медь может использоваться при облицовке кровель и фасадов. Основным преимуществом такой отделки является долговечность. К примеру, листами именно этого металла обшита крыша широко известной архитектурной достопримечательности — католического собора в немецком городе Хильдесхайме. Медная кровля этого здания надежно защищает его внутреннее пространство вот уже почти 700 лет.

Инженерные коммуникации

Основными преимуществами медных водопроводов также являются долговечность и надежность. Кроме того, этот металл способен придавать воде особые уникальные свойства, делая ее полезной для организма. Для сборки газопроводов и систем отопления медные трубы также подходят идеально — в основном благодаря своей коррозийной стойкости и пластичности. При аварийном повышении давления такие магистрали способны выдерживать гораздо большую нагрузку, чем стальные. Единственным недостатком медных трубопроводов является их дороговизна.

Руководство по материалам электротехники для всех.

Часть 1 / Хабр

Привет гиктаймс! Я решил опубликовать по частям свое руководство по материалам, используемым не только в электротехнике, но и вообще в технике, в том числе самодельщиками. С описанием, примерами применения, заметками по работе. Руководство написано максимально просто, и будет понятно всем, от школьника до пенсионера.

В этой части начинаем разбирать проводники — Серебро, Медь, Алюминий.

Добро пожаловать под кат (ТРАФИК)

Ковыряясь в поисках ответов на свои вопросы в разных учебниках по материаловедению, методичках, научпоп книгах я ужасался, насколько академический стиль изложения возводит стену между желающим узнать и знаниями. Насколько стремление авторов обойти острые грани, тёмные места превращает учебники в однородную бескрайнюю пустыню скуки и отчаяния. При этом запредельный уровень абстракции делает крайне сложным для неофита использование полученных знаний в практике. Поэтому я решил сделать свое руководство, с блекджеком и блудными девицами.

Это руководство — живое, по мере получения новых материалов, уточнений, комментариев от вас, дорогие читатели оно будет дополняться, изменяться, становиться лучше. Всегда самая свежая версия руководства лежит у меня на сайте в бложике Я обеими руками поддерживаю движение Open Source и Open Hardware, считаю, что обмен знаниями должен быть свободным, это принесет пользу для всех, поэтому пособие распространяется под лицензией Creative Commons 3.0 BY-NC-SA, что значит, вы можете делать с ним что угодно: выкладывать, распространять, модифицировать, соблюдая только три ограничения:

• Ссылка на меня обязательна (в.т.ч. производных работах).
• Зарабатывать на моем пособии без договоренности со мной нельзя (запрет на использование в коммерческих целях).
• Все производные работы должны распространяться на тех же условиях.

Плюшки данного пособия:

• Весь текст написан мной, и дополнен замечательными людьми, упомянутыми в разделе Благодарности. Я не включал информацию, в достоверности или актуальности которой я бы сомневался. Поэтому доля брехни по тексту в среднем ниже, чем в маркетинговых текстах перепродавцов-поставщиков, но выше, чем в хорошем советском учебнике.
• Большую часть материалов я хотя бы щупал, использовал в своих конструкциях, а не видел только на картинке.
• Пособие полностью (Чтобы быть до конца честным — за исключением одной картинки, которую пришлось рисовать в чем умел.) подготовлено с использованием OpenSource продуктов (Linux, GIMP, LibreOffice, context). Просто из спортивного интереса.
• Некоторые разделы имеют пункт «Источники» — советы по поиску материалов — где купить, под какими названиями искать. Конечно, всё можно купить на Алиэкспресс и на Ebay, поэтому такой вариант не указывается. Пункт может быть полезен если материал нужен «здесь и сейчас».

Публикуя руководство здесь я очень надеюсь на обилие конструктивной критики и дополнений от вас, дорогие читатели.

Содержание руководства

Проводники:

*Серебро

*Медь

*Алюминий

*Железо

*Золото

*Никель

*Вольфрам

*Ртуть

Так себе проводники:

*Углерод

*Нихромы

*Сплавы для изготовления термостабильных сопротивлений

*Припои

*Олово

*Легкоплавкие припои

Прочие проводники

*Термопарные сплавы

*Оксид Индия-Олова

Диэлектрики (Совсем не проводники):

*Неорганические диэлектрики

**Фарфор

**Стекло

**Слюда

**Алюмооксидные керамики

**Асбест

**Вода

*Органические диэлектрики полусинтетические

**Бумага, картон

**Шёлк

**Воск, парафин

**Трансформаторное масло

**Фанера, ДСП

*Органические диэлектрики синтетические

**Материалы на базе фенол-формальдегидных смол

**Карболит (бакелит)

**Гетинакс

**Текстолит

**Стеклотекстолит

**Лакоткань

**Резина

**Эбонит

**Полиэтилен

**Полипропилен

**Полистирол, АБС-пластик

**Фторопласт-4 (политетрафторэтилен PTFE)

**Поливинилхлорид — ПВХ

**Полиэтилентерефталат (ПЭТФ)

**Силиконы

**Полиимид

**Полиамиды

**Полиметилметакрилат — ПММА

**Поликарбонат

*График истории промышленного применения полимеров

*Изоленты

**Прорезиненная тканевая изолента

**Тканевые изоленты

**Резиновые самовулканизирующиеся изоленты

**Силиконовые самослипающиеся ленты

**Полиимидная лента

**ПВХ изоленты

**Канцелярская липкая лента «скотч»

*Изоляционные трубки

**Трубка из ПВХ — «кембрик»

**Фторопластовая трубка

**Стеклотканевая с силиконом

**Термоусадочная трубка

*Дополнительные сведения о полимерах

Поехали!

Двадцатый век — век пластмасс. До появления широкого спектра синтетических полимерных материалов, человек использовал в конструировании металлы и материалы природного происхождения — дерево, кожу и т.д. Сегодня мы завалены пластмассовыми изделиями, начиная от одноразовой посуды, заканчивая тяжелонагруженными деталями двигателей автомобилей. Пластмассы во многом превосходят металлы, но никогда не вытеснят их полностью, поэтому рассказ начнется с металлов. Металлам посвящены сотни книг, дисциплина, посвященная им, называется «металловедение».

Нас интересуют металлы с точки зрения электронной техники. Как проводники, как часть электронных приборов. Все остальные применения — например такие, как конструкционные материалы, в данное пособие пока не вошли.

Главное для электронной техники свойство металлов — это способность хорошо проводить электрический ток. Посмотрим на таблицу удельного сопротивления различных металлов:

Металл	Удельное сопротивление Ом*мм2/м
Серебро	0,015. ..0,0162
Медь	0,01724…0,018
Золото	0,023
Алюминий	0,0262…0,0295
Иридий	0,0474
Вольфрам	0,053…0,055
Молибден	0,054
Цинк	0,059
Никель	0,087
Железо	0,098
Платина	0,107
Олово	0,12
Свинец	0,217…0,227
Титан	0,5562…0,7837
Висмут	1,2

Видим лидеров нашего списка: Ag, Cu, Au, Al.

Серебро

Ag — Серебро. Драгоценный металл. Серебро — самый дешевый из драгоценных металлов, но, тем не менее, слишком дорог, чтобы делать из него провода. На 5% лучшая электропроводность по сравнению с медью, при разнице в цене почти в 100 раз.

Примеры применения

В виде покрытий проводников в СВЧ технике. Ток высокой частоты, из-за скинэффекта течет по поверхности проводника, а не в его толще, поэтому тонкое покрытие волновода серебром дает бОльший прирост проводимости, чем покрытие серебром проводника для постоянного тока.

В сплавах контактных групп. Контакты силовых, сигнальных реле, рубильников, выключателей чаще всего изготовлены из сплава с содержанием серебра. Переходное сопротивление такого контакта получается ниже медного, он меньше подвержен окислению. Так как контакт обычно миниатюрен, стоимость этой малой добавки серебра к стоимости изделия незначительно. Хотя при утилизации большого количества реле, стоимость серебра делает целесообразным работу бокорезами по отделению контактов в кучку для последующего аффинажа.

Контакты силового реле на 16 Ампер. Согласно документации производителя

контакты содержат серебро и кадмий.

Различные реле. Верхнее реле имеет даже посеребренный корпус с характерной патиной. Содержание драгметаллов в изделиях, выпущенных в СССР было указано в паспортах на изделия.

В качестве присадки в припоях. Качественные припои (как твёрдые так и мягкие) часто содержат серебро.

Проводящие покрытия на диэлектриках. Например, для получения контактной площадки на керамике, на неё наносится суспензия из серебряных частиц с последующим запеканием в печи (метод «вжигания»).

Компонент электропроводящих клеев и красок. Электропроводящие чернила часто

содержат суспензию серебряных частиц. По мере высыхания таких чернил, растворитель

испаряется, частицы в растворе оказываются всё ближе, слипаясь и создавая проводящие

мостики, по которым может протекать ток. Хорошее видео с рецептом по созданию таких

чернил.

Недостатки

Несмотря на то, что серебро — благородный металл, он окисляется в среде с содержанием

серы:

4Ag + 2H₂S + O₂ → 2Ag₂S + 2H₂O

Образуется темный налет — «патина». Также источником серы может служить резина, по-

этому провод в резиновой изоляции и посеребренные контакты — плохое сочетание.

Потемневшее серебро можно очистить химически. В отличии от чистки абразивными пастами (в том числе зубной пастой) это самый нежный способ чистки, не оставляющий царапин.

Медь

Cu — медь. Основной металл проводников тока. Обмотки электродвигателей, провода в изоляции, шины, гибкие проводники — чаще всего это именно медь. Медь нетрудно узнать по характерному красноватому цвету. Медь достаточно устойчива к коррозии.

Примеры применения

Провода. Основное применение меди в чистом виде. Любые добавки снижают электропроводность, поэтому сердцевина проводов обычно — чистейшая медь.

Гибкие многожильные провода различного сечения.

Гибкие тоководы. Если проводники для стационарных устройств можно в принципе изготовить из любого металла, то гибкие проводники делают почти всегда только из меди, алюминий для этих целей слишком ломкий. Содержат множество тоненьких медных жилок.

Теплоотводы. Медь не только на 56% лучше алюминия проводит ток, но ещё имеет почти вдвое лучшую теплопроводность. Из меди изготавливают тепловые трубки, радиаторы, теплораспределяющие пластины. Так как медь дороже алюминия, часто радиаторы делают составными, сердцевина из меди, а остальная часть из более дешевого алюминия.

Радиаторы охлаждения процессора. Центральный стержень изготовлен из меди, он хорошо отводит тепло от кристалла процессора, а алюминиевый радиатор с развитым оребрением уже охлаждает сам стержень.

При изготовлении фольгированных печатных плат. Печатные платы, в любом электронном устройстве изготовлены из пластины диэлектрика, на который наклеена медная фольга. Все соединения между элементами печатной платы выполнены дорожками из медной фольги.

Техника сверхвысокого вакуума. Из металлов и сплавов только нержавеющая сталь и медь пригодны для камер сверхвысокого вакуума в таких приборах, как ускорители элементарных частиц или рентгеновские спектрометры. Все остальные металлы в вакууме слегка испаряются и портят вакуум.

Аноды рентгеновских трубок. В рентгеноструктурном анализе требуется монохроматическое рентгеновское излучение. Его источником зачастую является облучаемая электронами медь (спектральная линия Cu Kα), которая к тому же прекрасно отводит тепло. Если же требуется другое излучение (Co или Fe), его получают от маленького кусочка соответствующего металла на массивном медном теплоотводе. Такие аноды всегда охлаждаются проточной водой.

Интересные факты о меди

• Медь — достаточно дорогой металл, поэтому недобросовестные производители стараются экономить на нем. Занижают сечение проводов (когда написано 0,75 мм2, а фактически 0,11 мм2). Окрашивают алюминий «под медь» в обмотках, внешне обмотка выглядит как медная, а стоит соскрести изоляцию — оказывается, что она сделана из алюминия. Этим грешат и китайские, и отечественные производители, кабель сечением 2,5 мм2 вполне может оказаться сечением 2,3 мм2, поэтому запас прочности и входной контроль не будут лишними. Разумеется, надежность контакта в электроарматуре жилы сечением 2,3 мм2, рассчитанной на жилу 2,5 мм2, будет невысокой.
• Медь окрашивает пламя в зелёный цвет, это свойство использовали для обнаружения меди в руде, когда не был доступен химический анализ. Зеленый след в пламени — показатель наличия меди. (но не всегда, зеленую окраску пламени могут давать ионы бора)

• Медь — мягкий металл, но если добавить к меди хотя бы 10% олова, получается твёрдый, упругий сплав — бронза. Именно освоение получения бронзы послужило названием к исторической эпохе — бронзовому веку. Добавка к меди бериллия дает бериллиевую бронзу — прочный упругий сплав, из которого изготавливают пружинящие контакты.
• Медь — один из немногих мягких металлов с высокой температурой плавления, поэтому из меди изготавливают уплотнительные прокладки, например для высокотемпературной или вакуумной техники. Например, уплотнительная прокладка пробки картера двигателя автомобиля.
• При механической обработке (например волочении) медь уплотняется и становится жёсткой. Для восстановления исходной мягкости и пластичности медь «отжигают» в защитной атмосфере, нагревая до 500-700 °C и выдерживая некоторое время. Поэтому некоторые медные изделия твёрдые, а некоторые мягкие, например медные трубы.
• Медь не даёт искр. Для работы во взрывоопасных местах, например на газопроводе, используют искробезопасный инструмент, стальной инструмент покрытый слоем меди или инструмент изготовленный из сплавов меди — бронз. Если таким инструментом случайно чиркнуть по стальной поверхности он не даст опасных искр.
• Так как температурный коэффициент сопротивления для чистой меди известен, из меди изготавливают термометры сопротивления (тип ТСМ — Термометр Сопротивления Медный, есть еще ТСП — Термометр Сопротивления Платиновый). Термометр сопротивления — это точно изготовленный резистор, навитый из медной проволоки. Измерив его сопротивление, можно по таблице или по формуле определить его температуру достаточно точно.

Алюминий

Al — Алюминий. «Крылатый металл» четвертый по проводимости после серебра, золота и меди.

Алюминий хоть и проводит ток почти в полтора раза хуже меди, но он легче в 3,4 раза и в три

раза дешевле. А если посчитать проводимость, то эквивалентный медному проводник из

алюминия будет дешевле в 6,5 раз! Алюминий бы вытеснил медь, как проводник везде, если

бы не пара его противных свойств, но об этом в недостатках.

Чистый алюминий, как и чистое железо, в технике практически не применяется (исключения

— провода и фольга). Любой «алюминиевый» предмет состоит из какого-нибудь сплава алюминия. Сплавы могут содержать кремний, магний, медь, цинк и другие металлы. Их свойства отличаются очень сильно, и это необходимо учитывать при обработке. Ниже перечислены несколько самых распространенных марок алюминия:

• 1199. Чистый 99,99% алюминий. Бывает почти исключительно в виде фольги.
• 1050 и 1060. Чистый 99,5% и 99,6% соответственно. Из-за высокой теплопроводности иногда используется как материал для радиаторов. Мягок, легко гнется. Провода, пищевая фольга, посуда.
• 6061 и 6082. Сплавы: 6061 — Si 0,6%, Mg 1,0%, Cu 0,28%, 6082 — Si, Mg, Mn. Первый более распространен в США, второй — в Европе. Легко точить, фрезеровать. Наилучший материал для самоделок. Прочен. Легко поддается сварке, паяется твердыми припоями. Легко анодируется. Плохо гнется. Не годится для литья.
• 6060. Состав: Mg, Si. Более мягок, чем 6061 и 6082, при обработке резанием слегка «пластилиновый», за что его не любят токари. Распространен и дешев, других особых преимуществ не имеет. Дешевый алюминиевый профиль из непонятного сплава имеет хорошиешансы оказаться им.
• 5083. Сплав с магнием (>4% Mg). Отличная коррозионная стойкость, устойчив в морской воде. Один из лучших вариантов для деталей, работающих под дождем. Тоже может встретиться в магазине стройматериалов, наряду с другими подобными марками.
• 44400, он же «силумин». Сплав с большим процентом кремния (Si >8%). Литейный. Низкая температура плавления, при пайке твердыми припоями риск расплавить саму деталь. Хрупок, при изгибе ломается. На изломе видны характерные кристаллы.
• 7075. 2,1-2,9% Mg, 5,1-6,1% Zn, 1,2-1,6% Cu. Очень своеобразный сплав, отличается даже цветом (пленка окислов слегка золотистая). Неожиданно твердый для алюминия, по твердости сравним с мягкой сталью. Плохо анодируется. Не паяется вообще. Не сваривается вообще. Не гнется и не куется вообще. Не годится для литья. Резанием обрабатывает ся отлично, прекрасно полируется. Хорош для ответственных деталей. Используется для винтов в велосипедах, в оружии (материал многих деталей винтовки M16).

Относительно невысокая температура плавления (660 °C у чистого, меньше 600 °C у литейных сплавов) алюминия делает возможным отливку деталей в песочные формы в условиях

гаража/мастерской. Однако многие марки алюминия не годятся для литья.

Примеры применения

Провода. Алюминий дешев, поэтому толстые силовые кабели, СИП, ЛЭП выгодно делать из алюминия. В старых домах квартирная проводка сделана алюминиевым проводом (с 2001 года ПУЭ запрещает в квартирах использовать алюминиевый провод, только медный, см ПУЭ 7 издание п. 7.1.34) Также алюминий не используется как проводник в ответственных применениях.

Слева старый алюминиевый провод. Справа алюминиевые кабели различного сечения,

пригодные для укладки в грунт. В частности кабелем справа был подключен к электроэнергии целый этаж здания. Кабель помимо наружной резиновой оболочки имеет бронирующую стальную ленту, для защиты нижележащей изоляции от повреждений, к примеру лопатой при раскопке.

Теплоотводы. Не только домашние батареи делают из алюминия, но и радиаторы у

микросхем, процессоров, делают из алюминия.

Различные алюминиевые радиаторы.

Корпуса приборов. Корпус жёсткого диска в вашем компьютере отлит из алюминиевого сплава. Небольшая добавка кремния улучшает прочностные качества алюминия, сплав силумин — это корпуса жёстких дисков, бытовых приборов, редукторов и т. д.

Анодированный алюминий (алюминий, у которого электрохимическим путем окисная пленка

на поверхности сделана потолще и прочнее) хорошо окрашивается и просто красив. Окисная

пленка (Al₂O₃ — из того же вещества состоят драгоценные камни рубины и сапфиры) достаточно твёрдая и износостойкая, но к сожалению алюминий под ней мягок, и при сильном воздействии ломается как лёд на воде.

Экраны. Электромагнитное экранирование часто делается из алюминиевой фольги или тонкой алюминиевой жести. Можете провести простой эксперимент, мобильный телефон

завернутый в фольгу потеряет сеть — он будет заэкранирован.

Отражающее покрытие у зеркал. Тонкая пленка алюминия на стекле отражает 89% падающего света (примерное значение, зависит от условий) (Серебро 98%, но на воздухе темнеет из-за сернистых соединений). Любой лазерный принтер содержит вращающееся зеркало, покрытое тонким слоем алюминия.

Зеркала от оптической системы планшетного сканера. Обратите внимание, оптические зеркала имеют металлизацию стекла снаружи, в отличии от привычных бытовых зеркал, где отражающее покрытие для защиты за стеклом. Бытовые зеркала дают двойное отражение — от поверхности стекла и от отражающего покрытия, что не так критично в быту, как защищенность отражающего покрытия.

Электроды обкладок конденсаторов. Алюминиевая фольга, разделенная слоем диэлектрика и туго свернутая в цилиндр — часть электрических конденсаторов (впрочем, для уменьшения габаритов конденсаторов фольгу заменяют алюминиевым напылением). Тот факт, что пленка оксида алюминия тонкая, прочная и не проводит ток, используется в электролитических конденсаторах, обладающими огромными для своих габаритов электрическими емкостями.

Недостатки

Алюминий — металл активный, но на воздухе покрывается оксидной пленкой, которая предохраняет металл от разрушения и скрывает его активную натуру. Если не дать алюминию формировать стабильную защитную пленку, например капелькой ртути, алюминий активно реагирует с водой. В щелочной среде алюминий растворяется, попробуйте залить алюминиевую фольгу средством для прочистки труб — реакция будет бурная, с выделением взрывоопасного водорода. Химическая активность алюминия, в паре с большой разницей в электрооотрицательности с медью делает невозможным прямое соединение проводов из этих двух металлов. В присутствии влаги (а она в воздухе есть почти всегда) начинает протекать гальваническая коррозия с разрушением алюминия.

Два идентичных трансформатора от микроволновых печей. Левый вышел из строя по причине алюминиевых обмоток — отгорел провод от контакта — алюминий плохо паяется мягкими припоями, попытка обеспечить контакт также как и у медного провода привела к поломке.

Алюминий ползуч. Если алюминиевый провод очень сильно сжать, он деформируется

и сохранит новую форму — это называется «пластическая деформация». Если сжать его не

так сильно, чтобы он не деформировался, но оставить под нагрузкой надолго — алюминий

начнет «ползти» меняя форму постепенно. Это пакостное свойство ведет к тому, что хорошо

затянутая клемма с алюминиевым проводом спустя 5-10-20 лет постепенно ослабнет и будет

болтаться, не обеспечивая былого электрического контакта. Это одна из причин, почему ПУЭ

запрещает тонкий алюминиевый провод для разводки электроэнергии по потребителям в

зданиях. В промышленности не сложно обеспечить регламент — так называемая «протяжка»

щитка, когда электрик периодически проверяет затяжку всех клемм в щитке. В домашних же условиях, обычно пока розетка с дымом не сгорит — никто и не озаботится качеством контакта. А плохой контакт — причина пожаров.

Алюминий, по сравнению с медью, менее пластичный, риска от ножа на жиле, при сьёме изоляции с провода быстрее приведет к сломавшейся жиле, чем у меди, поэтому изоляцию с алюминиевых проводов надо счищать как с карандаша, под углом, а не в торец.

Интересные факты об алюминии

• Алюминий — хороший восстановитель, что используется для восстановления других металлов, например титана из состояния диоксида. Теодор Грей (Настоятельно рекомендую книги Теодора Грея «Элементы. Путеводитель по периодической таблице», «Научные опыты с периодической таблицей», «Эксперименты. Опыты с периодической таблицей». Они очень хорошо сделаны визуально, и опыты в них не приторно безопасные, как в большинстве современных пособий, могут и бабахнуть.) в домашних условиях проводил такой опыт. В смеси с окислом железа алюминиевая пудра образует термит— адская смесь, которая горит разогреваясь до 2400°С при этом восстанавливается железо и весело стекает вниз, что используется для сварки рельсов, иным способом такой кусок железа качественно и быстро не прогреть. Термитные карандаши позволяют в полевых условиях сваривать провода, а бравый спецназовец термитной горелкой пережжет дужку самого крепкого замка.
• Чтобы сделать бисквит нежным и воздушным используется пекарский порошок. Такой же порошок есть для того, что бы сделать пористым бетон — Алюминий + щелочь.
• Алюминий — активный металл, но он быстро покрывается окисной пленкой, которая защищает его от разрушения. Рубин, сапфир, корунд — это всё названия одного и того же вещества — оксида алюминия Al₂O₃ Белые точильные круги и бруски состоят из электрокорунда — оксида алюминия.

  Можно убедиться в активности алюминия простым опытом. Нарежьте алюминиевую фольгу в стакан, добавьте медный купорос и поваренную соль, залейте холодной водой. Спустя некоторое время смесь закипит, алюминий будет окисляться, восстанавливая медь, с выделением тепла.

• Алюминий неплохо поддается экструзии. Корпуса приборов из нарезанного и обработанного экструдированного профиля значительно дешевле литых.

  Алюминиевый корпус внешнего аккумулятора для телефона. Экструдированный анодированный окрашенный профиль.

• Алюминий весьма посредственно паяется мягкими (оловянно-свинцовыми) припоями, неплохо паяется цинковыми припоями. При конструировании приборов это стоит помнить, соединить провод с алюминиевым шасси проще прикрутив винтом к запрессованной стойке, чем припаять. В твердых марках алюминия (6061, 6082, 7075) можно нарезать резьбу для винта непосредственно.
• Алюминий можно сваривать аргоновой сваркой, но качественный шов получается только при TIG-сварке на переменном токе. Непрерывная смена полярности измельчает пленку окислов, которая в противном случае может попасть в шов. Учитывайте это при выборе сварочного аппарата для мастерской, если вам может потребоваться варить и алюминий.

Еще раз важное замечание. Алюминиевые и медные проводники напрямую соединять нельзя! Для соединения проводников из меди и алюминия используйте промежуточный металл, например, стальную клемму.

Источники

В крупных строительных магазинах (OBI, Leroy Merlin, Castorama) обычно есть в наличии алюминиевый профиль разных размеров и форм. Неплохим источником может послужить штампованная алюминиевая посуда — она очень дешева и существует разных форм. Но обратите внимание на марки. Если нужен 6061 и тем более 7075, придется покупать его у фирмы, специализирующейся по металлам.

Ссылки на части руководства:

1: Проводники: Серебро, Медь, Алюминий.
2: Проводники: Железо, Золото, Никель, Вольфрам, Ртуть.
3: Проводники: Углерод, нихромы, термостабильные сплавы, припои, прозрачные проводники.
4: Неорганические диэлектрики: Фарфор, стекло, слюда, керамики, асбест, элегаз и вода.
5: Органические полусинтетические диэлектрики: Бумага, щелк, парафин, масло и дерево.
6: Синтетические диэлектрики на базе фенолформальдегидных смол: карболит (бакелит), гетинакс, текстолит.
7: Диэлектрики: Стеклотекстолит (FR-4), лакоткань, резина и эбонит.
8: Пластики: полиэтилен, полипропилен и полистирол.
9: Пластики: политетрафторэтилен, поливинилхлорид, полиэтилентерефталат и силиконы.
10: Пластики: полиамиды, полиимиды, полиметилметакрилат и поликарбонат. История использования пластиков.
11: Изоляционные ленты и трубки.
12: Финальная

Теплопроводность. Движение. Теплота

Теплопроводность

Каждый предмет может служить «мостиком», по которому перейдет тепло от тела более нагретого к телу менее нагретому.

Таким мостиком является, например, чайная ложка, опущенная в стакан с горячим чаем. Металлические предметы очень хорошо проводят тепло. Конец ложки, опущенной в стакан, становится теплым уже через секунду.

Если нужно перемешивать какую-либо горячую смесь, то ручку у мешалки надо сделать из дерева или пластмассы. Эти твердые тела проводят тепло в 1000 раз хуже, чем металлы. Мы говорим «проводят тепло», но с таким же успехом можно было бы сказать «проводят холод». Конечно, свойства тела не изменяются от того, в какую сторону идет по нему поток тепла. В морозные дни мы остерегаемся на улице притрагиваться голой рукой к металлу, но без опаски беремся за деревянную ручку.

К плохим проводникам тепла – их также называют теплоизоляторами – относятся дерево, кирпич, стекло, пластмассы. Из этих материалов делают стены домов, печей и холодильников.

К хорошим проводникам относятся все металлы. Наилучшими проводниками являются медь и серебро – они проводят тепло в два раза лучше, чем железо.

Конечно, «мостиком» для перехода тепла может служить не только твердое тело. Жидкости тоже проводят тепло, но много хуже, чем металлы. По теплопроводности металлы превосходят твердые и жидкие неметаллические тела в сотни раз.

Чтобы показать плохую теплопроводность воды, делают такой опыт. В пробирке с водой закрепляют на дне кусочек льда, а верх пробирки подогревают на газовой горелке – вода начинает кипеть, а лед еще и не думает таять. Если бы пробирка была без воды и из металла, то кусочек льда начал бы таять почти сразу же. Вода проводит тепло примерно в двести раз хуже, чем медь.

Газы проводят тепло в десятки раз хуже, чем конденсированные неметаллические тела. Теплопроводность воздуха в 20000 раз меньше теплопроводности меди.

Плохая теплопроводность газов позволяет взять в руку кусок сухого льда, температура которого ?78 °C, и даже держать на ладони каплю жидкого азота, имеющего температуру ?196 °C. Если не сжимать пальцами эти холодные тела, то «ожога» не будет. Дело заключается в том, что при очень энергичном кипении капля жидкости или кусок твердого тела покрывается «паровой рубашкой» и образовавшийся слой газа служит теплоизолятором.

Сфероидальное состояние жидкости – так называется состояние, при котором капли окутаны паром, – образуется в том случае, если вода попадет на очень горячую сковороду. Капля кипятка, попавшая на ладонь, сильно обжигает руку, хотя разность температур кипятка и человеческого тела меньше разности температур руки и жидкого воздуха. Рука холоднее капли кипятка, тепло уходит от капли, кипение прекращается и паровая рубашка не образуется.

Нетрудно сообразить, что самым лучшим изолятором тепла является вакуум – пустота. В пустоте нет переносчиков тепла, и теплопроводность будет наименьшей.

Значит, если мы хотим создать тепловую защиту, спрятать теплое от холодного или холодное от теплого, то лучше всего соорудить оболочку с двойными стенками и выкачать воздух из пространства между стенками. При этом мы сталкиваемся со следующим любопытным обстоятельством. Если по мере разрежения газа следить за изменением его теплопроводности, то мы обнаружим, что вплоть до того момента, когда давление достигнет нескольких миллиметров ртутного столба, теплопроводность практически не меняется и лишь при переходе к более высокому вакууму наши ожидания оправдываются – теплопроводность резко падает.

В чем же дело?

Для того чтобы понять это явление, надо попробовать наглядно представить себе, в чем заключается явление переноса тепла в газе.

Передача тепла от нагретого места в холодные происходит путем передачи энергии от одной молекулы к соседней. Понятно, что соударения быстрых молекул с медленными обычно приводят к ускорению медленных молекул и замедлению быстрых. А это и означает, что горячее место станет холоднее, а холодное нагреется.

Как же сказывается уменьшение давления на передаче тепла? Так как уменьшение давления понижает плотность, уменьшится и число встреч быстрых молекул с медленными, при которых происходит передача энергии. Это уменьшало бы теплопроводность. Однако, с другой стороны, уменьшение давления приводит к увеличению длины свободного пробега молекул, которые, таким образом, переносят тепло на большие расстояния, а это способствует увеличению теплопроводности. Расчет показывает, что оба эффекта уравновешиваются, и способность к передаче тепла не меняется некоторое время при откачке воздуха.

Так будет до тех пор, пока вакуум не станет настолько значительным, что длина пробега сравняется с расстоянием между стенками сосуда. Теперь дальнейшее понижение давления уже не может изменить длины пробега молекул, «болтающихся» между стенками, падение плотности не «уравновешивается» и теплопроводность быстро падает пропорционально давлению, доходя до ничтожных значений по достижении высокого вакуума. На применении вакуума и основано устройство термосов. Термосы очень распространены, они применяются не только для хранения горячей и холодной пищи, но и в науке и технике. В этом случае их называют, по имени изобретателя, сосудами Дьюара. В таких сосудах (иногда их просто называют дьюарами) перевозят жидкие воздух, азот, кислород. Позже мы расскажем, каким образом эти газы получают в жидком состоянии*12.

Медь, марки, свойства, удельный вес, температура плавления, теплопроводность, споротивление, плотность, оксиды, отжиг, сварка меди, лом меди

Содержание

• 1 Свойства и характеристики меди [1]
• 2 Добыча и получение (выплавка) меди [3]
• 3 Химический состав катодной меди (ГОСТ 859-2014)
• 4 Химический состав литой и деформированной меди (ГОСТ 859-2014)
• 5 Примеси в меди [1]
• 6 Влияние примесей на свойства меди [1]
• 7 Термообработка меди [1]
• 8 Латунь (сплав меди с цинком) [1]
• 9 Бронза [1]
• 10 Сплав меди с никелем [1]
• 11 Коррозионная стойкость меди и медных сплавов [1]
• 12 Применение меди [1, 3]
• 13 Оксиды меди [3]
• 14 Гидроксид меди(II) [3]
• 15 Сульфат меди(II) [3]
• 16 Хлорид меди(II) [3]
• 17 Нитрат меди(II) [3]
• 18 Гидроксокарбонат меди(II) [3]
• 19 Ацетат меди(II) [3]
• 20 Смешанный ацетат-арсенит меди (II) [3]
• 21 Иностранные аналоги [4]
• 22 Сварочные материалы применяемые для ручной дуговой сварки меди [5]
• 23 Величина сварочного тока в зависимости от диаметра электрода при ручной дуговой сварке меди [5]
• 24 Рекомендуемые режимы дуговой сварки меди и медных сплавов угольным электродом [5]
• 25 Рекомендуемые режимы ручной аргонодуговой сварки стыковых соединений меди неплавящимся электродом [5]
• 26 Рекомендуемые режимы сварки меди в азоте и гелии неплавящимся электродом [5]
• 27 Значения силы тока для неплавящихся электродов [5]
• 28 Сварочные проволоки, применяемые в качестве плавящегося электрода при полуавтоматической сварке меди [5]
• 29 Режимы полуавтоматической сварки тонкой меди плавящимся электродом в среде азота [5]
• 30 Рекомендуемые режимы автоматической сварки меди под флюсом [5]
• 31 Рекомендуемые режимы ручной аргонодуговой сварки меди с латунью неплавящимся электродом [5]
• 32 Изделия с содержанием меди, медных сплавов [6]
• 33 Основные показатели и характеристики лома и отходов меди [7]
• 34 Характеристика лома и отходов меди и медных сплавов и технические требования к ним [8]
• 35 Библиографический список
• 36 Узнать еще

Свойства и характеристики меди [1]

Медь (обозначается Cu) относится к группе цветных металлов, наиболее широко применяемых в промышленности. Чистая медь — тягучий вязкий металл светло-розового цвета, легко прокатываемы в тонкие листы. Очень хорошо проводит тепло и электрический ток, уступая в этом отношении только серебру.

• Порядковый номер меди в периодической системе элементов Д. И. Менделеева — 29,
• атомный вес А = 63,57.
• Медь имеет гране-центрированную кубическую решетку с периодом d = 3,607 А.
• Плотность меди 896*10³ кг/м³ [3].
• Удельный вес меди γ = 8,94 Г/см³.
• Температура плавления — 1083°С.
• Температура кипения — 2540°С [3].
• Чистая медь обладает высокой тепло- и электропроводностью.
• Теплопроводность меди 0,910 кал/(см*сек*Г*град) (3,85 Дж/см*с*К).
• Удельная электропроводность меди составляет 64 м/ом*мм².
• Удельное электрическое сопротивление меди 1,61*10^-8 Ом*м.
• Коэффициент линейного расширения а = 16,42*10⁶ мм/мм*°С.
• Строение внешнего и предвнешнего электронных слоев атома: 3s²3p⁶3d¹⁰4s¹ [3]
• Радиус атома, нм: 0,128 [3]

Медь принадлежит к — числу микроэлементов. Такое название получили Fe, Си, Mn, Mo, B, Zn, Со в связи с тем, что малые количества их необходимы для нормальной жизнедеятельности растений. Микроэлементы повышают активность ферментов, способствуют синтезу сахара, крахмала, белков, нуклеиновых кислот, витаминов и ферментов. Микроэлементы вносят в почву с микроудобрениями. Удобрения, содержащие медь, способствуют росту растений на некоторых малоплодородных почвах, повышают их устойчивость против засухи, холода и некоторых заболеваний.

Добыча и получение (выплавка) меди [3]

Общее содержание меди в земной коре сравнительно невелико [0,01% (масс.)], однако она чаще, чем другие металлы, встречается в самородном состоянии, причем самородки меди достигают значительной величины.

В настоящее время медь добывают из руд. Последние, в зависимости от характера входящих в их состав соединений, подразделяют на оксидные и сульфидные. Сульфидные руды имеют наибольшее значение, поскольку из них выплавляется 80% всей добываемой меди.

Важнейшими минералами, входящими в состав медных руд являются:

• халькозин, или медный блеск, Cu₂S;
• халькопирит, или медный колчедан, CuFeS₂;
• малахит (CuOH)₂СO₃.

Медные руды, как правило, содержат большое количество пустой породы, так что непосредственное получение из них меди экономически невыгодно. Поэтому в металлургии меди особенно важную роль играет,обогащение (обычно флотационный метод), позволяющее использовать руды с небольшим содержанием меди.

Выплавка меди из ее сульфидных руд или концентратов представляет собою сложный процесс. Обычно он слагается из следующих операций:

• обжиг,
• плавка,
• конвертирование,
• огневое и электролитическое рафинирование.

В ходе обжига большая часть сульфидов примесных элементов превращается в оксиды. Так, главная примесь большинства медных руд пирит FeS₂ превращается в Fe₂O₃. Газы, отходящие при обжиге, содержат SO₂ и используются для получения серной кислоты.

Получающиеся в ходе обжига оксиды железа, цинка и других примесей отделяются в виде шлака при плавке. Основной же продукт плавки — жидкий штейн (Cu₂S с примесью FeS) поступает в конвертор, где через него продувают воздух. В ходе конвертирования выделяется диоксид серы и получается черновая или сырая медь.

Для извлечения ценных спутников (Au, Ag, Те и др.) и для удаления вредных примесей черновая медь подвергается огневому, а затем электролитическому рафинированию. В Ходе огневого рафинирования жидкая медь насыщается кислородом. При этом примеси железа, цинка, кобальта окисляются, переходят в шлак и удаляются. Медь же разливают в формы. Получающиеся отливки служат анодами при электролитическом рафинировании.

Химический состав катодной меди (ГОСТ 859-2014)

ПРИМЕЧАНИЯ:

1. Массовую долю кислорода для меди марки М00к устанавливают в контракте.
2. Знак «-» означает, что данный элемент не нормируют.

Химический состав литой и деформированной меди (ГОСТ 859-2014)

ПРИМЕЧАНИЯ:

1. В меди марок М00б и М00 массовая доля селена не должна превышать 0,0005 %, теллура — 0,0005 %.
2. По согласованию сторон в соответствии с контрактом допускается изготовление меди марки М06 с массовой долей кислорода не более 0,002 %.
3. В обозначение марок меди М1 и М1р, предназначенной для электротехнической промышленности и подлежащей испытаниям на электропроводность, дополнительно включают букву Е.
4. По согласованию сторон в соответствии с контрактом допускается изготовление меди марок М00 и М0 с массовой долей кислорода 0,035 % и 0,045 % соответственно.
5. Знак «-» означает, что данный элемент не нормируют.

Примеси в меди [1]

В зависимости от способа получения, медь может содержать различное количество примесей. К числу важнейших примесей относятся:

• кислород,
• сурьма,
• висмут,
• мышьяк,
• свинец,
• железо,
• никель,
• олово,
• цинк,
• селен,
• сера,
• теллур,
• кремний,
• фосфор,
• кадмий,
• алюминий,
• водород.

Влияние примесей на свойства меди [1]

• Кислород присутствует во всех сортах меди, кроме катодной и бескислородной в количестве 0,01-0,11%. Наибольшее количество кислорода, растворяющегося в твердой меди составляет 0,005%. Избыточный кислород выделяется в виде эвтектики: медь — закись меди по границам зерен, ухудшая механические и технологические свойства металла.
• Сурьма значительно снижает пластичность меди, что особенно нежелательно для деформируемых медноцинковых сплавов.
• Висмут плохо растворяется в меди (менее 0,002%). При содержании в меди 0,005% и выше висмута медь разрушается в процессе ее горячей обработки. Следует отметить, что присутствие в меди никеля, мышьяка и сурьмы несколько ослабляет вредное влияние висмута.
• Мышьяк в количестве до 1% может находиться в меди в виде твердого раствора. Присутствие мышьяка улучшает жаростойкость меди, не ухудшая при этом ее механических и технологических свойств.
• Присутствие свинца в меди значительно ухудшает ее горячую обработку.
• Железо растворяется в меди в небольших ‘количествах, способствуя измельчению структуры меди и повышению ее механических свойств.
• Сера образует с медью соединение Cu₂S, которые лишь до некоторого предела растворимо в меди в жидком состоянии. В твердой меди сера не растворяется и выделяется в виде эвтектики (Cu+Cu₂S). Хрупкое соединение Cu₂S резко ухудшает свойства меди.
• Фосфор понижает теплопроводность меди, но несколько повышает ее механические свойства, а также жидкотекучесть.
• Водород обладает способностью диффундировать через медь при повышенной температуре. Он восстанавливает Cu₂O, образуя при определенных условиях водяной пар, который может разрывать медь образуя множество мелких трещин. Такое явление принято называть «водородной болезнью» меди.
• Кремний значительно улучшает механические свойства меди, при этом электропроводность сплава снижается незначительно.
• Цинк, олово, никель, алюминий добавляют в медь обычно в небольших количествах. Эти элементы полностью растворяются в меди, не ухудшая при этом ее механических свойств.

Термообработка меди [1]

Значительное количество изделий из меди изготовляется обработкой металла давлением (прессованием, волочением, прокаткой). Обработка давлением при нормальных температурах вызывает наклеп меди. Наклепанная (нагартованная) медь обладает повышенной прочностью. Для снятия наклепа медь подвергают термической обработке — отжигу, при температуре 600-700°С. При более высоких температурах отжига (выше 900°С) происходит бурный рост зерен меди и ухудшаются ее механические свойства.

С повышением температуры механические свойства меди ухудшаются. Характер изменения механических свойств технической меди марки М3 в зависимости от температуры испытания представлен в таблице ниже.

Латунь (сплав меди с цинком) [1]

Латунь — сплав меди с цинком (до 50% цинка). Латуни обладают хорошими механическими и технологическими свойствами и широко применяются.

Латуни марок Л96 и Л90, содержащие соответственно 96 и 90% Cu, называются томпаками и применяются для изготовления радиаторных трубок, а также лент и листов. Благодаря своему внешнему сходству с золотом используетс для ювелирных и декоративных изделий.

Латуни поставляются в мягком (отожженном), полутвердом и твердом (наклепанном) состоянии.

При нагартовке механические свойства латуней изменяются.

В процессе наклепа повышается прочность и снижаются пластические свойства латуней.

Повышение механических свойств латуни может быть достигнуто легированием их другими элементами. Такие сложные по своему химическому составу сплавы называются специальными латунями.

Кроме повышения механических свойств легирование латуней придает им специальные свойства: высокую коррозионную стойкость, жаростойкость и т. д.

Бронза [1]

Бронза — все медные сплавы, за исключением латуни [2].

Сплав меди с оловом называется оловянистой бронзой.

Оловянистые бронзы имеют ограниченное применение, так как в настоящее время разработаны более прочные и экономичные сплавы, с успехом их заменяющие. Так, сплавы меди с алюминием (алюминиевые бронзы) обладают по сравнению с оловянистой бронзой повышенными механическими свойствами, лучшей коррозионной стойкостью и лучшей жидкотекучестью. Однако следует отметить, что оловянистые бронзы обладают минимальной линейной усадкой.

Олово в сплавах с медью повышает прочность и твердость сплава и резко снижает его пластичность. В технических сплавах олово содержится в пределах 3-14%. Различают оловянистую бронзу литейную и обрабатываемую давлением.

Сплавы на основе меди с добавками алюминия, марганца, кремния, бериллия и некоторых других элементов, не содержащие олова, называются специальными бронзами.

Бронза марки Бр.АЖН 10-4-4 является наиболее прочной из всех алюминиевых бронз. Сочетание большой прочности с высокой химической стойкостью делает эту бронзу ценным материалом для изготовления деталей нефтяного и нефтехимического оборудования.

Присадка кадмия к меди приводит к значительному повышению ее механической прочности и твердости.

Из бронзы марок Бр. АЖН 10-4-4 и Бр. АЖМц 10-3-1,5 изготовляются трубы, прутки и поковки.

Наряду с деформируемыми безоловянистыми бронзами нашли широкое распространение литейные безоловянистые бронзы, обладающие высокой прочностью, хорошими антифрикционными свойствами и коррозионной стойкостью.

Сплав меди с никелем [1]

В промышленности получили распространение сплавы меди с никелем. Медноникелевые сплавы обладают высокой прочностью и пластичностью, а также хорошей коррозионной стойкостью.

Механические свойства медноникелевых сплавов могут быть изменены за счет нагартовки.

Коррозионная стойкость меди и медных сплавов [1]

• Медь устойчива против атмосферной коррозии вследствие образования на ее поверхности защитной пленки, состоящей в основном из серномедной соли (CuSO₄*3Cu(OH)₂).

  Кислород воздуха при отсутствии влаги почти не действует на литую и прокатанную медь при комнатной температуре. Однако при температуре 180° С и выше медь начинает окисляться с поверхности, а при температуре 500° С процесс окисления происходит энергично и медь покрывается слоем окалины, состоящим из окиси и закиси меди.

  Во влажном воздухе кислород при обычной температуре слабо реагирует с медью. Однако в присутствии углекислоты это действие усиливается и поверхность металла покрывается пленкой основной углемедной соли («патина»).

• Чистая вода практически не действует на медь. Относительно устойчива медь и в соленой (морской) воде, при условии отсутствия контакта меди со стальными деталями. Коррозия меди в воде наблюдается в присутствии двуокиси углерода.
• Быстро разрушается медь под воздействием азотной кислоты. Соляная кислота, обладающая удельным весом 1,12, растворяет медь при кипячении. Серная кислота без доступа воздуха слабо реагирует с медью. Органические кислоты в присутствии кислорода образуют медные соли.
• Со щелочами, за исключением аммиака, в отсутствии кислорода медь реагирует слабо. Расплавленные соли, водные растворы щелочей и аммиака в присутствии кислорода разрушают медь. Растворы сернистых металлов также сильно реагируют с металлической медью. В растворах неокисленных солей медь весьма устойчива. Сероводород в присутствии кислорода образует сернистую медь. Если во влажном сероводороде медь быстро разрушается, то в сухом — корродирует незначительно.
• Хлористый водород разрушает медь. В атмосфере сухого хлора медь обладает недостаточной коррозионной стойкостью.
• Сухие газы (галогены) оказывают незначительное влияние на медь.
• Фенол в смеси с влажным воздухом вызывает небольшую коррозию на поверхности меди. Ацетон и бензол также не вызывают значительного разрушения меди.

Применение меди [1, 3]

На нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводах медь и ее сплавы широко применяются для изготовления трубок теплообменной и конденсационно-холодильной аппаратуры, а также для изготовления некоторой аппаратуры при производстве смазочных масел и спиртов из нефтяных газов.

Большое количество чистой электротехнической меди (около 40% всей добываемой меди) идут на изготовление электрических проводов и кабелей. Из меди изготавливают различную промышленную аппаратуру: котлы, перегонные кубы и т.п.

Из солей меди вырабатывают большое количество минеральных красок, разнообразных по цвету: зеленых, синих, коричневых, фиолетовых и черных. Все соли меди ядовиты, поэтому медную посуду лудят, т. е. покрывают внутри слоем олова, чтобы предотвратить возможность образования медных солей.

Оксиды меди [3]

• Оксид меди(I), или закись меди, Cu₂O встречается в природе в виде минерала куприта. Искусственно она может быть получена путем нагревания раствора соли меди (II) со щелочью и каким-нибудь сильным восстановителем, например, формалином или глюкозой. При нагревании образуется осадок красного оксида меди (I).

  При действии на Cu₂O соляной кислоты получается бесцветный раствор хлорида меди (I) CuCl. Если разбавить этот раствор водой, то хлорид меди (I) выпадает в виде белого творожистого осадка, нерастворимого в воде. Он может быть получен также кипячением раствора хлорида меди (II) CuCl₂ с металлической медью в солянокислой среде:

  CuCl₂ + Cu = 2CuCl

• Оксид меди (II), или окись меди, CuO — черное вещество, встречающееся в природе (например, в виде минерала тенерита). Его можно легко получить прокаливанием гидроксокарбоната меди (II) (CuOH)2CO₃ или нитрата меди (II) Cu(NO₃)₂. Оксид меди(II) проявляет окислительные свойства. При нагревании с различными органическими веществами CuO окисляет их, превращая углерод в диоксид углерода, а водород — в воду и восстанавливаясь при этом в металлическую медь. Этой реакцией пользуются при элементарном анализе органических веществ для определения содержания в них углерода и водорода.

Соединения меди (I), в общем, менее устойчивы, чем соединения меди (II). Оксид Cu₂O₃ и его производные весьма нестойки.

Гидроксид меди(II) [3]

Гидроксид меди(II) Cu(ОН)₂ осаждается, из растворов солей меди (II) в виде голубой студенистой массы при действии щелочей. Уже при слабом нагревании даже под водой он разлагается, превращаясь в черный оксид меди (II).

Гидроксид меди(II) — очень слабое основание. Поэтому растворы солей меди (II) в большинстве случаев имеют кислую реакцию, а со слабыми кислотами медь образует основные соли.

Сульфат меди(II) [3]

Сульфат меди(II) CuSO₄ в безводном состоянии представляет собой белый порошок, который при поглощении воды синеет. Поэтому он применяется для обнаружения следов влаги в органических жидкостях. Водный раствор сульфата меди имеет характерный сине-голубой цвет. Эта окраска свойственна гидратированным ионам [Cu(Н₂O)₄]²⁺, поэтому такую же окраску имеют все разбавленные растворы солей меди(II), если только они не содержат каких-либо окрашенных анионов. Из водных растворов сульфат меди кристаллизуется с пятью молекулами воды, образуя прозрачные синие кристаллы. В таком виде он называется медным купоросом.

Хлорид меди(II) [3]

Хлорид меди(II) CuCl₂*2Н₂O образует темно-зеленые кристаллы, легко растворимые в воде. Очень концентрированные растворы хлорида меди(II) имеют зеленый цвет, разбавленные — сине-голубой.

Нитрат меди(II) [3]

Нитрат меди(II) Cu(NO₃)₂*3H₂O. Получается при растворении меди в азотной кислоте. При нагревании синие кристаллы нитрата меди сначала теряют воду, а затем легко разлагаются с выдеделением кислорода и бурого диоксида азота, переходя в оксид меди (II).

Гидроксокарбонат меди(II) [3]

Гидроксокарбонат меди(II) (CuOH)₂СО₃. Встречается в природе в виде минерала малахита, имеющего красивый изумрудно-зеленый цвет. Искусственно приготовляется действием Na₂CO₂ на растворы солей меди(II):

2CuSO₄ + 2Na₂CO₃ + Н₂O = (CuOH)₂CO₃↓ + 2Na₂SO₄ + CO₂↑

Применяется для получения хлорида меди (II), для приготовления синих и зеленых минеральных красок, а также в пиротехнике.

Ацетат меди(II) [3]

Ацетат меди(II) Cu(CH₃COO)₂*H₂O. Получается обработкой металлической меди или оксида меди (II) уксусной кислотой. Обычно представляет собой смесь основных солей различного состава и цвета (зеленого и сине-зеленого). Под названием ярьмедянка применяется для приготовления масляной краски.

Смешанный ацетат-арсенит меди (II) [3]

Смешанный ацетат-арсенит меди (II) Cu(CH₃COO)₂*Cu₃(AsO₃)₂ применяется под названием парижская зелень для уничтожения вредителей растений.

Иностранные аналоги [4]

Сварочные материалы применяемые для ручной дуговой сварки меди [5]

Марка свариваемого материала	Проволока	Марка электрода	Технические условия
М1Р	MT (TУ 16. К71-087)	«Комсомолец 100»	ТУ 14-4-644
М2Р	М1 (ГОСТ 859)	АНЦ/03М-3	ТУ 14-4-1270
М3Р		АНЦ/03М-4	ТУ 14-4-1270

Величина сварочного тока в зависимости от диаметра электрода при ручной дуговой сварке меди [5]

Рекомендуемые режимы дуговой сварки меди и медных сплавов угольным электродом [5]

Рекомендуемые режимы ручной аргонодуговой сварки стыковых соединений меди неплавящимся электродом [5]

Рекомендуемые режимы сварки меди в азоте и гелии неплавящимся электродом [5]

Значения силы тока для неплавящихся электродов [5]

Сварочные проволоки, применяемые в качестве плавящегося электрода при полуавтоматической сварке меди [5]

Марка свариваемой меди	Сварочная проволока		Защитный газ
	марка	Нормативно-технический документ	марка	Нормативный документ
М1Р	МНЖКТ 2-1-0. 2-0.2	ГОСТ 16130	Азот, аргон-азот, гелий-азот	ГОСТ 9293
М2Р				ГОСТ 10157
М3Р	БрКМц 3-1	ГОСТ 5222		ГОСТ 9293 ТУ 51-940

Режимы полуавтоматической сварки тонкой меди плавящимся электродом в среде азота [5]

ПРИМЕЧАНИЕ: Режимы пригодны при сварке двусторонним швом, выполненным навесу или по продувке неплавящимся электродом без присадочного материала.

Рекомендуемые режимы автоматической сварки меди под флюсом [5]

Рекомендуемые режимы ручной аргонодуговой сварки меди с латунью неплавящимся электродом [5]

Изделия с содержанием меди, медных сплавов [6]

Виды лома	Марка сплавов
Валы ситцепечатные с железными втулками	М4
То же, со стальной осью	М4
Вкладыш подшипников (медь+железо)	—
Змеевики, трубы без накипи (разделанные)	М3
Жила кабеля после разделки	М0, М1
Ванны, котлы (неразделанные)	Медь топочная
Кабели с медными жилами различных типов и размеров (неразделанные)	М0, М1
Конденсаторы с медными сердечниками	М0
Колонки газовые (разделанные)	М3
То же, в собранном виде	М3
Троллеи, проводники тока (разделанные)	М0
Трубы с накипью	М3
Троллеи с железными креплениями	М0, М1
Фурмы медные	М4
Вентили латунные с алюминиевыми головками и железными болтами	ЛС59-1
Вентили латунные с алюминиевыми головками (без железа)	ЛС59-1
Гильзы пушечные, винтовочные, револьверные, охотничьи, без капсульных втулок, нестреляные	—
Втулки шарикоподшипников	ЛС59-1
Винты червячные	ЛАЖМц66-6-3-2
То же	ЛМцЖ55-3-1
Винты гребные (разделанные)	ЛЖМц59-1-1
Гильзы охотничьи и ракетные с бумажными патронами, обстреленные до латунного основания, капсюли с железной прокладкой	—
Кожух авиационного радиатора	—
Колеса циркуляционных насосов (разделанные)	Л62
Обоймы подшипников	ЛМцЖ55-3
То же	ЛАЖ60-1-1, ЛКС80-3-3, ЛМцС58-2-2, ЛК80-3Л
Сетки и сетчатый товар, в том числе писчебумажных фабрик	Л80
Радиаторы автомобильные, авиационные, тракторные (разделанные)	Л68, Л96, Л85
Радиаторы автомобильные с чугунными патрубками и железными капсюлями (неразделаиные)	Л68, Л96, Л85
Радиаторы авиационные с железными обечайками (неразделаиные)	—
Радиаторы с железными пластинами (латунными трубками, с чугунными патрубками и железным кожухом)	Л68, Л85, Л96
Бронза монетная	БрА5
художественная	Бх1, Бх2
Втулки выпускных клапанов авиадвигателей	БрАЖН10-4-4
Вкладыши чугунные, залитые бронзой	БрОЦС4-4-2,5
Втулки подшипников, насосов и т. п.	БрОЦС4-4-2,5
Краны бронзовые (разделанные)	БрАМц9-2, БрОЦС4-4-2,5
Колокола бронзовые	БрОЦС5-5-5
Подшипники бронзовые	БрОф6,5-0,15, БрОФ4-0,25, БрАЖМц, БрАЖ9-4
Пружины мембранные	БрКМц3-1
Шестерни	БрОЦСН3-7-5-1, БрОЦ4-3, БрАЖМц10-3-1,5, БрАЖ9-4, БрБНТ9

Основные показатели и характеристики лома и отходов меди [7]

Вид металлолома	Характеристика	Показатель	Норма
Медь 1 (Barley, Berry S-Cu-1, S-Cu-2)*	Медная проволока чистая без покрытия. Марки: М00, М0, М1	Увязанная в бухтах или в пакетах. Не содержит неметаллических примесей, других цветных и черных металлов. Без сгоревших хрупких участков, блестящая, без влаги.
		Металлургический выход металла, % масс. , не менее	98
		Засоренность, % масс., не более	2
		Диаметр проволоки, мм, не менее	0,3
		Размер пакета, мм, не более	800x500x400
		Масса пакета, кг, не более	200
		Химический состав представительной пробы, % масс.:
		медь и серебро в сумме, не менее	99,9
		висмут, не более	0,001
		фосфор, не более	0,0005
		свинец, не более	0,005
Медь 2 (Candy S-Cu-4, S-Cu-5)*	Лом и отходы чистой меди без покрытия: брак литых, кованых и штампованых изделий, обрезь, высечка листов, лент, труб, решеток и проволоки без изоляции. Марки: М00, М0, М1, М2, М3	Увязанные в бухтах или в пакетах. Не содержат неметаллических примесей, других цветных металлов, хрупкой обгоревшей проволоки, без влаги. Допускается наличие чистых медных трубопроводов.
		Металлургический выход металла, % масс., не менее	97
		Засоренность, % масс., не более	3
		в том числе железом, %, не более	0,5
		Диаметр проволоки, мм, не менее	0,2
		Размер пакета, мм, не более	800x500x400
		Масса пакета, кг, не более	200
		Масса отдельных кусков, кг, не более	100
		Химический состав представительной пробы, % масс.:	—
		медь и серебро в сумме, не менее	99,9
		фосфор, не более	0,06
		свинец, не более	0,05
Медь 3 (S-Cu-6)*	Медная проволока нелегированная. Марки: М00, М0, М1	Увязанная в бухтах или в пакетах. Не содержит неметаллических примесей, других цветных и черных металлов, без влаги. Без сгоревших хрупких участков. Допускается содержание обожженной проволоки.
		Металлургический выход металла, % масс., не менее	98
		Засоренность, % масс., не более	2
		Диаметр проволоки, мм, не менее	0,2
		Размер пакета, мм, не более	800x500x400
		Масса пакета, кг, не более	200
		Содержание меди в представительной пробе, % масс., не менее	99,9
Медь 4 (S-Cu-7)*	Лом и отходы смешанные с полудой и пайкой. Марки: М00, М0, М1, М2, М3	Не содержат неметаллических примесей, других цветных металлов, без влаги.
		Металлургический выход металла, % масс., не менее	92
		Засоренность, % масс., не более	6
		в том числе железом, %	0,5
		Содержание меди в представительной пробе, % масс. , не менее	99,5
Медь 5 (Dream)*	Легкий медный смешанный лом без обгоревшей медной проволоки: детали холодильных агрегатов, катушки	Гальванические ячейки не допускаются.
		Металлургический выход металла, % масс., не менее	88
		Засоренность, % масс., не более	10
		в том числе железом, не более	5
		Содержание меди в представительной пробе, % масс., не менее	99,5
Медь 6 (S-Cu-3)*	Лом медной эмалированной, лакированной проволоки в хлопчатобумажной изоляции.Марки: М00, М0, М1	Увязанный в бухтах или пакетах. Не содержит других цветных и черных металлов.
		Металлургический выход металла, % масс., не менее	96
		Засоренность, % масс., не более	4
		Размер пакета, мм, не более	800x500x400
		Масса пакета, кг, не более	200
		По согласованию сторон.
		Содержание меди в представительной пробе, % масс., не менее	99,9
Медь 7	Медная лакированная проволока в изоляции из стекловолокна и бумаги. Марки: М00, М0, М1	Увязанная в бухтах или пакетах. Не засоренная другими неметаллическими материалами, черными и другими цветными металлами, без влаги.
		Металлургический выход металла, % масс., не менее	96
		Засоренность, % масс., не более	4
		Размер пакета, мм, не более	800x500x400
		Масса пакета, кг, не более	200
		Содержание меди в представительной пробе, % масс., не менее	99,9
Медь 8 (Clove S-Cu-10)*	Медная крошка из голой нелуженой меди. Марки: М0, М1	Не засоренная неметаллическими материалами, черными и другими цветными металлами, без влаги.
		Минимально допустимый диаметр, мм	0,5
		Металлургический выход металла, % масс., не менее	98
		Засоренность, % масс., не более	2
		в том числе железом, %, не более	1
		Содержание меди в представительной пробе, % масс., не менее	97,5
Медь 9	Стружка чистой меди. Марки: М00, М0, М1, М2, М3	Без наличия других цветных металлов.
		Металлургический выход металла, % масс., не менее	98
		Засоренность, % масс., не более	2
		в том числе масла и влаги, %, не более	1,5
		Содержание меди в представительной пробе, % масс., не менее	99,5
Медь 10	Лом электродвигателей неразделанный и отдельные роторы, статоры. Обмотка из проволоки марок: М0, М1, М2, М3	По согласованию сторон	—
Медь 11 (Drove)*	Смешанный низкокачественный медный скрап	Не содержит проволоки без изоляции, хлоридов меди, больших двигателей.
		Металлургический выход металла, % масс., не менее	12
		Засоренность, % масс., не более	88
		При меньшем содержании меди — по согласованию сторон
Медь 12	Шлаки медные, пыль, зола, печные выломки, сор, козлы	Металлургический выход металла, % масс., не менее	10
		Содержание меди, % масс., не менее	8
		Масса отдельных кусков, кг, не более	500
		При меньшем содержании меди — по согласованию сторон
Медь 13	Лом изолированной медной проволоки и кабеля, кроме металлолома вида «Медь 6»	Лом кабеля и медной проволоки с разными видами изоляции.	—
		По согласованию сторон

ПРИМЕЧАНИЕ: В скобках указаны наименования зарубежных аналогов вида металлолома. Соответствующие наименования видов приведены только как справочные.

Характеристика лома и отходов меди и медных сплавов и технические требования к ним [8]

Группа	Характеристика группы	Показатель	Норма
М1	Медные проводники тока: проволока и шины чистые без покрытий и изоляции. Марки: М00, М001к, М0, М0к, М1, М1к	Увязанные в бухтах, в мягких контейнерах или в пакетах. Не содержат неметаллических примесей, других металлов. Без сгоревших хрупких участков, блестящая поверхность, без влаги и масла.
		Выход металла, %, не менее	98
		Содержание меди, %, не менее	99,9
		Диаметр проволоки, мм, не менее	0,3
		Засоренность, %, не более	2
		Масса пакета, кг, не более	250
М2	Медные проводники тока: проволока и шины, освобожденные от изоляции термической обработкой. Лом и кусковые отходы электролитической промышленности, не засоренные другими металлами и сплавами. Марки: М00, М001к, М0, М0к, М1, М1к	Увязанные в бухтах, в мягких контейнерах или в пакетах. Не содержат неметаллических примесей, других металлов. Без сгоревших хрупких участков, допускается наличие окисленной поверхности, без воды и масла. Поверхность без цветов побежалоcти и следов окисления.
		Выход металла, %, не менее	97
		Содержание меди, %, не менее	99,9
		Диаметр проволоки, мм, не менее	0,5
		Засоренность, %, не более	3
		Масса пакета, кг, не более	250
М3	Лом и отходы чистой меди без покрытия, полуды и пайки: брак литых, кованых и штампованных изделий, обрезь, высечка листов, лент, труб, решеток и проволоки без изоляции, троллеи с железными приделками. Лом и кусковые отходы электролитической промышленности, не засоренные другими металлами и сплавами. Марки: М00, М0, М1, М2, М3	Увязанные в бухтах, мягких контейнерах или пакетах. Не содержат неметаллических примесей, других металлов, хрупкой обгоревшей проволоки, без воды и масла. На поверхности допускаются цвета побежалости и следы окисления. Допускается наличие чистых медных трубопроводов. Допускается наличие фрагментов других металлов в виде приделок. Вез воды и масла.
		Выход металла, %, не менее	95
		Содержание меди, %, не менее	99,5
		Засоренность, %, не более	5
		в том числе железом, %, не более	0,5
		Диаметр проволоки, мм, не менее	1,0
		Масса пакета, кг, не более	250
		Масса отдельных кусков, кг, не более	100
М4	Лом и отходы, смешанные с полудой и пайкой. Марки: М00, М0, М1, М2, М3	Не содержат неметаллических примесей других цветных металлов. Допускается наличие фрагментов других металлов в виде приделок. Вез воды и масла.
		Выход металла, %, не менее	94
		Содержание меди, %, не менее	99,5
		Засоренность, %, не более	6
		в том числе железом, %, не более	0,5
М5	Медный смешанный лом без обгоревшей медной проволоки: проводники тока с покрытием лаком, полудой, детали холодильных агрегатов, катушки	Гальванические ячейки не допускаются. Без воды и масла.
		Выход металла, %, не менее	90
		Содержание меди, %, не менее	99,5
		Засоренность, %, не более	10
		в том числе железом, %, не более	0,5
М6	Лом медной эмалированной, лакированной проволоки в хлопчатобумажной изоляции, в изоляции из стекловолокна и бумаги или шелковой изоляции (два слоя). Марки: М00, М0, М1	Увязанная в бухтах, мягких контейнерах или пакетах. Не содержит неметаллических примесей, других металлов. Без воды и масла.
		Выход металла, %, не менее	93
		Содержание меди, %, не менее	99,9
		Засоренность, %, не более	7
		Диаметр проволоки, мм, не менее	1,0
		Масса пакета, мм, не более	250
М7	Медная крошка из нелуженой меди без изоляции. Марки: М0, М1	Не содержит неметаллических примесей, других металлов. Без воды и маcла
		Содержание меди, %, не менее	99,5
		Выход металла, %, не менее	98
		Засоренность, %, не более	2
		в том числе железом, %, не более	1
		Диаметр проволоки, мм, не менее	0,5
М8	Стружка чистой меди. Марки: М00, М0, М1, М2, М3	Без наличия других металлов.
		Выход металла, %, не менее	98
		Содержание меди, %, не менее	99,5
		Засоренность, %, не более,	2
		в том числе маслом и водой, %, не более	1,5
М9	Лом электродвигателей. Марки: М0, М1, М2, М3	Поставка по соглашению сторон	—
М10	Смешанный низкокачественный медный скрап	Поставка по соглашению сторон	—
М11	Шлаки медные, пыль, зола, печные выломки, сора, козлы	Выход металла, %, не менее	10
		Содержание меди, %, не менее	8
		Масса отдельных кусков, кг, не более	500
		При меньшем содержании меди — поставка по соглашению сторон
М12	Скрап из изолированной медной проволоки	Скрап из медной проволоки с разны ми видами изоляции.
		Поставка по соглашению сторон	—
М13	Медь плакированная другим цветным металлом	Поставка по соглашению сторон	—

Библиографический список

1. Шрейбер Г.К., Перлин С.М., Шибряев Б.Ф. Конструкционные материалы в нефтяной, нефтехимической и газовой промышленности. 1969 г.
2. Решетников Д.Н. Детали машин. 1974 г.
3. Глинка Н.Л. Общая химия. 1977 г.
4. СТ ЦКБА 005.3-2009
5. ОСТ 26.260.3-2001
6. Семенов Г.А., Ефремов Н.Л., Баранов М.И. Организация заготовки и переработки лома и отходов цветных металлов — 1981 г.
7. ГОСТ 1639-2009
8. ГОСТ Р 54564-2011

Физические характеристики, состав и особенности металла железа. Теплопроводность меди – две стороны одной медали

Металлы — это вещества, имеющие кристаллическую структуру. При нагревании они способны плавиться, то есть переходить в текучее состояние. Одни из них имеют невысокую температуру плавления: их можно расплавить, поместив в обычную ложку и держа над пламенем свечи. Это свинец и олово. Другие возможно расплавить только в специальных печах. Высокой обладают медь и железо. Для ее понижения в металл вводят добавки. Полученные сплавы (сталь, бронза, чугун, латунь) имеют температуру плавления ниже, чем исходный металл.

От чего же зависит температура плавления металлов? Все они имеют определенные характеристики — теплоемкость и теплопроводность металлов. Теплоемкостью называют способность при нагревании поглощать теплоту. Ее численный показатель — удельная теплоемкость. Под ней подразумевается количество энергии, которое способна поглотить единица массы металла, нагреваемая на 1°С. От этого показателя зависит расход топлива на нагревание металлической заготовки до нужной температуры. Теплоемкость большинства металлов находится в пределах 300-400 Дж/(кг*К), металлических сплавов — 100-2000 Дж/(кг*К).

Теплопроводность металлов — это перенос тепла от более горячих частиц к более холодным по закону Фурье при их макроскопической неподвижности. Она зависит от структуры материала, его химического состава и типа межатомной связи. В металлах передача тепла производится электронами, в других твердых материалах — фононами. Теплопроводность металлов тем выше, чем более совершенную кристаллическую структуру они имеют. Чем больше металл имеет примесей, тем более искажена кристаллическая решетка, и тем ниже теплопроводность. Легирование вносит такие искажения в структуру металлов и понижает теплопроводность относительно основного металла.

У всех металлов хорошая теплопроводность, но у одних выше, чем у других. Пример таких металлов — золото, медь, серебро. Более низкая теплопроводность — у олова, алюминия, железа. Повышенная теплопроводность металлов является достоинством либо недостатком, в зависимости от сферы их использования. Например, она необходима металлической посуде для быстрого нагрева пищи. В то же время применение металлов с высокой теплопроводностью для изготовления ручек посуды затрудняет ее использование — ручки слишком быстро нагреваются, и до них невозможно дотронуться. Поэтому здесь используют теплоизолирующие материалы.

Еще одна характеристика металла, влияющая на его свойства — тепловое расширение. Оно выглядит как увеличение в объеме металла при его нагревании и уменьшение — при охлаждении. Это явление обязательно необходимо учитывать при изготовлении металлических изделий. Так, например, крышки кастрюль делают накладными, у чайников тоже предусмотрен зазор между крышкой и корпусом, чтобы при нагревании крышку не заклинило.

Для каждого металла вычислен коэффициент Его определяют нагреванием на 1°С опытного образца, имеющего длину 1 м. Самый большой коэффициент имеют свинец, цинк, олово. Поменьше он у меди и серебра. Еще ниже — железа и золота.

По химическим свойствам металлы делятся на несколько групп. Существуют активные металлы (например, калий или натрий), способные мгновенно вступать в реакцию с воздухом или водой. Шесть самых активных металлов, составляющий первую группу периодической таблицы, называют щелочными. Они имеют маленькую температуру плавления и так мягки, что могут быть разрезаны ножом. Соединяясь с водой, они образуют щелочные растворы, отсюда и их название.

Вторую группу составляют щелочноземельные металлы — кальций, магний и пр. Они входят в состав многих минералов, более твердые и тугоплавкие. Примерами металлов следующих, третьей и четвертой групп, могут служить свинец и алюминий. Это довольно мягкие металлы и они часто используются в сплавах. Переходные металлы (железо, хром, никель, медь, золото, серебро) менее активны, более ковки и часто применяются в промышленности в виде сплавов.

Положение каждого металла в ряду активности характеризует его способность вступать в реакцию. Чем активнее металл, тем легче он забирает кислород. Их очень трудно выделить из соединений, в то время, как малоактивные можно встретить в чистом виде. Самые активные из них — калий и натрий — хранят в керосине, вне его они сразу же окисляются. Из металлов, используемых в промышленности, наименее активным является медь. Из нее делают резервуары и трубы для горячей воды, а также электрические провода.

Определение коэффициента теплопроводности металлов играет важную роль в некоторых областях, например в металлургии, радиотехнике, машиностроении, строительстве. В настоящее время существует множество различных методов, с помощью которых можно определить коэффициент теплопроводности металлов.

Данная работа посвящена изучению основного свойства металлов — теплопроводности, а также изучению методов исследования теплопроводности.

Объектом исследования является теплопроводность металлов, а так же различные методы лабораторных исследований.

Предмет исследования — коэффициенты теплопроводности металлов.

Планируемый результат — постановка лабораторной работы «Определение коэффициента теплопроводности металлов» на основе калориметрического метода.

Для реализации поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

Изучение теории теплопроводности металлов;

Изучение методов определения коэффициента теплопроводности;

Подбор лабораторного оборудования;

Экспериментальное определение коэффициента теплопроводности металлов;

Постановка лабораторной работы «Определение коэффициента теплопроводности металлов».

Работа состоит из трёх глав, в которых раскрыты поставленные задачи.

Закон Фурье

Теплопроводность — это молекулярный перенос теплоты между непосредственно соприкасающимися телами или частицами одного тела с различной температурой, при котором происходит обмен энергией движения структурных частиц (молекул, атомов, свободных электронов).

Теплопроводность определяется тепловым движением микрочастиц тела.

Основным законом передачи тепла теплопроводностью является закон Фурье. Согласно этому закону количество тепла dQ, передаваемое посредством теплопроводности через элемент поверхности dF, перпендикулярный тепловому потоку, за время dф прямо пропорционально температурному градиенту, поверхности dF и времени dф.

Коэффициент пропорциональности л называется коэффициентом теплопроводности. Коэффициент теплопроводности — теплофизическая характеристика вещества, характеризует способность вещества проводить теплоту.

Знак минус в формуле (1) указывает на то, что теплота передается в направлении уменьшения температуры.

Количество теплоты, прошедшее в единицу времени через единицу изотермической поверхности, называется тепловым потоком:

Закон Фурье применим для описания теплопроводности газов, жидкостей и твердых тел, различие будет только в коэффициентах теплопроводности.

Коэффициент теплопроводности металлов и его зависимость от параметров состояния вещества

Коэффициент теплопроводности — теплофизическая характеристика вещества, характеризует способность вещества проводить теплоту.

Коэффициент теплопроводности — количество теплоты, проходящее в единицу времени через единичную площадку, перпендикулярно grad t.

Для различных веществ коэффициент теплопроводности различен и зависит от структуры, плотности, влажности, давления и температуры. Эти обстоятельства должны учитываться при использовании справочных таблиц.

Наибольшее значение имеет коэффициент теплопроводности металлов, для которых. Наиболее теплопроводным металлом является серебро, затем идут чистая медь, золото, алюминий и т. д. Для большинства металлов рост температуры приводит к уменьшению коэффициента теплопроводности. Эта зависимость может быть приближенно аппроксимирована уравнением прямой линии

здесь л, л0 — соответственно коэффициенты теплопроводности при данной температуре t и при 00C, в — температурный коэффициент. Коэффициент теплопроводности металлов очень чувствителен к примесям.

Например, при появлении в меди даже следов мышьяка её коэффициент теплопроводности снижается с 395 до 142; для стали при 0,1 % углерода л = 52 , при 1,0 % — л = 40 , при 1,5 % углерода л=36 .

На коэффициент теплопроводности влияет и термическая обработка. Так, у закаленной углеродистой стали л на 10 — 25% ниже, чем у мягкой. По этим причинам коэффициенты теплопроводности торговых образцов металла при одинаковых температурах могут существенно различаться. Следует отметить, что для сплавов, в отличие от чистых металлов, характерно увеличение коэффициента теплопроводности с ростом температуры. К сожалению, установить какие — либо общие количественные закономерности, которым подчиняется коэффициент теплопроводности сплавов, пока не удалось.

Величина коэффициента теплопроводности строительных и теплоизоляционных материалов — диэлектриков во много раз меньше, чем у металлов и составляет 0,02 — 3,0 . Для подавляющего большинства из них (исключение составляет магнезитовый кирпич) с ростом температуры коэффициент теплопроводности возрастает. При этом можно пользоваться уравнением (3), имея ввиду, что для твердых тел — диэлектриков в>0.

Многие строительные и теплоизоляционные материалы имеют пористое строение (кирпич, бетон, асбест, шлак и др.). Для них и порошкообразных материалов коэффициент теплопроводности существенно зависит от объемной плотности. Это обусловлено тем, что с ростом пористости, большая часть объема заполняется воздухом, коэффициент теплопроводности которого очень низок. Вместе с тем, чем выше пористость, тем ниже объемная плотность материала. Таким образом, уменьшение объемной плотности материала, при прочих равных условиях, приводит к уменьшению л.

Например, для асбеста уменьшение объемной плотности с 800 кг/м, до 400 кг/м, приводит к уменьшению с 0,248 до 0,105 . Очень велико влияние влажности. Например, для сухого кирпича л = 0,35, для жидкости 0,6, а для влажного кирпича л=1,0 .

На эти явления надо обращать внимание при определении и технических расчетах теплопроводности. Коэффициент теплопроводности капельных жидкостей лежит в пределах 0,08 — 0,7 . При этом, для подавляющего большинства жидкостей с повышением температуры коэффициент теплопроводности убывает. Исключение составляют вода и глицерин.

Коэффициент теплопроводности газов еще ниже.

Коэффициент теплопроводности газов растет с повышением температуры. В пределах от 20 мм.рт.ст. до 2000 ат (бар), т.е. в области, которая наиболее часто встречается на практике, л от давления не зависит. Следует иметь в виду, что для смеси газов (дымовые газы, атмосфера термических печей и т.п.) расчетным путем определить коэффициент теплопроводности невозможно. Поэтому при отсутствии справочных данных достоверная величина л может быть найдена лишь опытным путем.

При значении л

Для решения задач теплопроводности необходимо располагать сведениями о некоторых макроскопических свойствах (теплофизических параметрах) вещества: коэффициенте теплопроводности, плотности, удельной теплоемкости.

Объяснение теплопроводности металлов

Теплопроводность металлов очень велика. Она не сводится к теплопроводности решетки, следовательно, здесь должен действовать ещё один механизм передачи тепла. Оказывается, что в чистых металлах теплопроводность осуществляется практически полностью за счет электронного газа, и лишь в сильно загрязненных металлах и сплавах, где проводимость мала, вклад теплопроводности решетки оказывается существенным.

Численную характеристику теплопроводности материала можно определить количеством теплоты, проходящей сквозь материал определённой толщины за определённое время. Численная характеристика важна при расчете теплопроводности различных профильных изделий.

Коэффициенты теплопроводности различных металлов

Для осуществления теплопроводности обязательно требуется непосредственный физический контакт, осуществляемый между двумя телами. Значит, передача тепла осуществима только между твёрдыми телами и неподвижными жидкостями. Непосредственный контакт даёт возможность кинетической энергии перейти от молекул наиболее теплого вещества к наиболее холодному. Обмен тепла происходит при непосредственном прикосновении разных по температуре тел друг к другу.

Здесь следует обратить внимание на то, что молекулы теплого тела не могут проникать в холодное тело. Происходит только передача кинетической энергии, что и даёт равномерное распределение тепла. Такая передача энергии будет продолжаться, пока соприкасающиеся тела не станут равномерно тёплыми. В таком случае достигается тепловое равновесие. На основании этих знаний можно рассчитать, какой утеплительный материал потребуется для устройства теплоизоляции того или другого здания.

Высокая теплопроводность меди наряду с другими замечательными свойствами определила этому металлу значимое место в истории развития человеческой цивилизации. Изделия из меди и ее сплавов используются практически во всех сферах нашей жизни.

1

Теплопроводностью называют процесс переноса энергии частиц (электронов, атомов, молекул) более нагретых участков тела к частицам менее нагретых его участков. Такой теплообмен приводит к выравниванию температуры. Вдоль тела переносится только энергия, вещество не перемещается. Характеристикой способности проводить тепло является коэффициент теплопроводности, численно равный количеству теплоты, которая проходит через материал площадью 1 м 2 , толщиной 1 м, за 1 секунду при единичном градиенте температуры.

Коэффициент теплопроводности меди при температуре 20–100 °С составляет 394 Вт/(м*
К) – выше только у серебра. уступает меди по этому показателю почти в 9 раз, а железо – в 6. Различные примеси по-разному влияют на физические свойства металлов. У меди скорость передачи тепла снижается при добавлении в материал или попадании в результате технологического процесса таких веществ, как:

• алюминий;
• железо;
• кислород;
• мышьяк;
• сурьма;
• сера;
• селен;
• фосфор.

Высокая теплопроводность характеризуется быстрым распространением энергии нагрева по всему объему предмета. Эта способность обеспечила меди широкое применение в любых системах теплообмена. Ее используют при изготовлении трубок и радиаторов холодильников, кондиционеров, вакуумных установок, автомашин для отвода избыточного тепла охлаждающей жидкости. В отопительных приборах подобные изделия из меди служат для обогрева.

Способность меди проводить тепло снижается при нагреве. Значения коэффициента теплопроводности меди в воздухе зависит от температуры последнего, которая влияет на теплоотдачу (охлаждение). Чем выше температура окружающей среды, тем медленнее остывает металл и ниже его теплопроводность. Поэтому во всех теплообменниках используют принудительный обдув вентилятором – это повышает эффективность работы устройств и одновременно поддерживает тепловую проводимость на оптимальном уровне.

2

Теплопроводность алюминия и меди различна – у первого она меньше, чем у второго, в 1,5 раза. У алюминия этот параметр составляет 202–236 Вт/(м*
К) и является достаточно высоким по сравнению с другими металлами, но ниже, чем у золота, меди, серебра. Область применения алюминия и меди, где требуется высокая теплопроводность, зависит от ряда других свойств этих материалов.

Алюминий не уступает меди по антикоррозионным свойствам и превосходит в следующих показателях:

• плотность (удельный вес) алюминия меньше в 3 раза;
• стоимость – ниже в 3,5 раза.

Аналогичное изделие, но выполненное из алюминия, значительно легче, чем из меди. Так как по весу металла требуется меньше в 3 раза, а цена его ниже в 3,5 раза, то алюминиевая деталь может быть дешевле примерно в 10 раз. Благодаря этому и высокой теплопроводности алюминий нашел широкое применение при производстве посуды, пищевой фольги для духовок. Так как этот металл мягкий, то в чистом виде не используется – распространены в основном его сплавы (наиболее известный – дюралюминий).

В различных теплообменниках главное – это скорость отдачи избыточной энергии в окружающую среду. Эта задача решается интенсивным обдувом радиатора посредством вентилятора. При этом меньшая теплопроводность алюминия практически не отражается на качестве охлаждения, а оборудование, устройства получаются значительно легче и дешевле (к примеру, компьютерная и бытовая техника). В последнее время в производстве наметилась тенденция к замене в системах кондиционирования медных трубок на алюминиевые.

Медь практически незаменима в радиопромышленности, электронике в качестве токопроводящего материала. Благодаря высокой пластичности из нее можно вытягивать проволоку диаметром до 0,005 мм и делать другие очень тонкие токопроводящие соединения, используемые для электронных приборов. Более высокая, чем у алюминия, проводимость обеспечивает минимальные потери и меньший нагрев радиоэлементов. Теплопроводность позволяет эффективно отводить выделяемое при работе тепло на внешние элементы устройств – корпус, подводящие контакты (к примеру, микросхемы, современные микропроцессоры).

Шаблоны из меди используют при сварке, когда необходимо на стальную деталь сделать наплавку нужной формы. Высока теплопроводность не позволит медному шаблону соединиться с приваренным металлом. Алюминий в таких случаях применять нельзя, так как велика вероятность его расплавления или прожига. Медь также используют при сварке угольной дугой – стержень из этого материала служит неплавящимся катодом.

3

Низкая теплопроводность во многих случаях является нужным свойством – на этом основана теплоизоляция.
Использование медных труб в системах отопления приводит к гораздо большим потерям тепла, чем при применении магистралей и разводок из других материалов. Медные трубопроводы требуют более тщательной теплоизоляции.

У меди высокая теплопроводность, что обуславливает достаточно сложный процесс монтажных и других работ, имеющих свою специфику. Сварка, пайка, резка меди требует более концентрированного нагрева, чем для стали, и зачастую предварительного и сопутствующего подогрева металла.

При газовой сварке меди необходимо использование горелок мощностью на 1–2 номера выше, чем для стальных деталей такой же толщины. Если медь толще 8–10 мм, рекомендуется работать с двумя или даже тремя горелками (часто сварку производят одной, а другими осуществляют подогрев). Сварочные работы на переменном токе электродами сопровождаются повышенным разбрызгиванием металла. Резак, достаточный для толщины высокохромистой стали в 300 мм, подойдет для резки латуни, бронзы (сплавы меди) толщиной до 150 мм, а чистой меди всего в 50 мм. Все работы связаны с значительно большими затратами на расходные материалы.

4

Медь – один из главных компонентов в электронике, используется во всех микросхемах. Она отводит и рассеивает тепло, образующееся при прохождении тока. Ограничение быстродействия компьютеров обусловлено увеличением нагрева процессора и других элементов схем при росте тактовой частоты. Разбиение на несколько ядер, работающих одновременно, и другие способы борьбы с перегревом себя исчерпали. В настоящее время ведутся разработки, направленные на получение проводников с более высокой электропроводимостью и теплопроводностью.

Открытый недавно учеными графен способен значительно увеличить теплопроводность медных проводников и их возможность к рассеиванию тепла. При проведении эксперимента слой меди покрыли графеном со всех сторон. Это улучшило теплоотдачу проводника на 25 %. Как объяснили ученые, новое вещество меняет структуру передачи тепла и позволяет энергии двигаться в металле свободнее. Изобретение находится на стадии доработки – при эксперименте использовался медный проводник гораздо больших размеров, чем в процессоре.

– первый по значимости и распространенности конструкционный материал. Известен он с глубокой древности, а свойства его таковы, что когда железо научились выплавлять в значимом количестве, металл вытеснил все остальные сплавы. Наступил век железа и, судя по , время это закончится нескоро. Данная статья расскажет вам, какова удельная плотность железа, какая у него температура плавления в чистом виде.

Железо – типичный металл, причем химически активный. Вещество вступает в реакцию при нормальной температуре, а нагрев или повышение влажности значительно увеличивают его реакционноспособность. Железо корродирует на воздухе, горит в атмосфере чистого кислорода, а в виде мелкой пыли способно воспламениться и на воздухе.

Чистому железу присуща ковкость, однако в таком виде металл встречается очень редко. На деле под железом подразумевают сплав с небольшими долями примесей – до 0,8%, которому присущи мягкость и ковкость чистого вещества. Значение для народного хозяйства имеет сплавы с углеродом – сталь, чугун, нержавеющая сталь.

Железу присущ полиморфизм: выделяют целых 4 модификации, отличающиеся структурой и параметрами решетки:

• α-Fe – существует от нуля до +769 С. Имеет объемно-центрированную кубическую решетку и является ферромагнетиком, то есть, сохраняет намагниченность в отсутствие внешнего магнитного поля. +769 С – точки Кюри для металла;
• от +769 до +917 С появляется β-Fe. От α-фазы она отличается лишь параметрами решетки. Практически все физические свойства при этом сохраняются за исключением магнитных: железо становится парамагнетиком, то есть, способность намагничиваться оно утрачивает и втягивается в магнитное поле. Металловедение β-фазу как отдельную модификацию не рассматривает. Поскольку переход не влияет на значимые физические характеристики;
• в диапазоне от 917 до 1394 С существует γ-модификация, которой присуща гранецентрированная кубическая решетка;
• при температуре выше +1394 С появляется δ-фаза, для которой характерна объемно-центрированная кубическая решетка.

При высоком давлении, а также при легировании металла некоторыми добавками образуется ε- фаза с гексагонической плотноупакованной решеткой.

Температура фазовых переходов заметно изменяется при легировании тем же углеродом. Собственно, сама способность железа образовать столько модификаций служит основой обработки стали в разных температурных режимах. Без таких переходов металл не получил бы столь широкого распространения.

Теперь настал черед свойств металла железа.

О структуре железа рассказывает этот видеосюжет:

Свойства и характеристики металла

Железо – достаточно легкий, умеренно тугоплавкий металл, серебристо-серого цвета. Легко реагирует с разбавленными кислотами и поэтому считается элементом средней активности. На воздухе – сухом, металл постепенно покрывается пленкой оксида, которая препятствует дальнейшей реакции.

Но при самой небольшой влажности вместо пленки появляется ржавчина – рыхлая и неоднородная по составу. Ржавчина дальнейшей коррозии железа не препятствует. Однако физические свойства металла, а, главное, его сплавов с углеродом таковы, что, несмотря на низкую коррозийную стойкость, использование железа более чем оправдано.

Масса и плотность

Молекулярная масса железа составляет 55,8, что указывает на относительную легкость вещества. А какая же у железа плотность? Такой показатель определяется фазовой модификацией:

• α-Fe – 7,87 г/куб. см при 20 С, и 7,67 г/куб. см при 600 С;
• γ-фаза отличается еще более низкой плотностью – 7,59 г/куб см при 1000С;
• плотность δ-фазы составляет 7,409 г/куб см.

С повышением температуры плотность железа закономерно падает.

А теперь давайте узнаем, какова температура плавления железа по Цельсию, сравнивая ее, например, с или чугуном.

Температурный диапазон

Металл относится к умеренно тугоплавким, что означает сравнительно невысокую температуру изменения агрегатного состояния:

• температура плавления – 1539 С;
• температура кипения – 2862 С;
• температура Кюри, то есть, утраты способности к намагничиванию – 719 С.

Стоит иметь в виду, что когда говорят о температуре плавления или кипения, имеют дело с δ-фазой вещества.

Данное видео поведает вам о физических и химических свойствах железа:

Механические характеристики

Железо и его сплавы настолько распространены, что хотя и стали использоваться позже чем, например, и , стали своеобразными эталонами. Когда сравнивают металлы, указывают на железо: крепче, чем сталь, мягче железа в 2 раза и так далее.

Характеристики приводятся для металла, включающего малые доли примесей:

• твердость по шкале Мооса – 4–5;
• твердость по Бринеллю – 350–450 Мн/кв. м. Причем у химически чистого железа твердость выше – 588–686;

Показатели прочности исключительно сильно зависят от количества и характера примесей. Эта величина регламентируется ГОСТом для каждой марки сплава или чистого метала. Так, предел прочности на сжатие для нелегированной стали составляет 400–550 МПа. При закалке этой марки предел прочности при растяжении увеличивается до 700 МПа.

• ударная вязкость металла составляет 300 Мн/кв м;
• предел текучести –100 Мн/кв. м.

О том, что надо для определения удельной теплоемкости железа, узнаем далее.

Теплоемкость и теплопроводность

Как и всякий металл, железо проводит тепло, хотя показатели его в этой области невысоки: по теплопроводности металл уступает алюминию – в 2 раза меньше, и – в 5 раз.

Теплопроводность при 25 С составляет 74,04 вт/(м·К). Величина зависит от температуры;

• при 100 к теплопроводность составляет 132 [Вт/(м.К)];
• при 300 К – 80,3 [Вт/(м.К)];
• при 400 – 69,4 [Вт/(м. К)];
• а при 1500 – 31,8 [Вт/(м.К)].

• Коэффициент температурного расширения при 20 С – 11,7·10-6.
• Теплоемкость металла определяется его фазовой структурой и довольно сложно зависит от температуры. С повышением до 250 С, теплоемкость медленно увеличивается, затем резко возрастает до достижения точки Кюри, а потом начинается снижаться.
• Удельная теплоемкость в температурном диапазоне от 0 до 1000С составляет 640,57 дж/(кг·К).

Электропроводность

Железо проводит ток, но далеко не так хорошо, как медь и серебро. Удельное электрическое сопротивление металла при нормальных условиях – 9,7·10-8 ом·м.

Поскольку железо является ферромагнетиком, его показатели в этой области более значимы:

• магнитная индукция насыщения составляет 2,18 Тл;
• магнитная проницаемость – 1,45.106.

Токсичность

Металл не представляет опасности для человеческого организма.
стали и изготовления изделий из железа могут быть опасными, но только за счет высоких температур и тех добавок, которые используют при производстве различных сплавов. Отходы железа – металлолом, представляют опасность для окружающей среды, но вполне умеренную, поскольку металл ржавеет на воздухе.

Железо не обладает биологической инертностью, поэтому как материал для протезирования не используется. Однако в человеческом организме этот элемент играет одну из важнейших ролей: нарушение в усвоении железа или недостаточное количество последнего в рационе гарантирует в лучшем случае анемию.

Усваивается железо с большим трудом – 5–10% от всего количества, поступаемого в организм, или 10–20%, если наблюдается его недостаток.

• Обычная суточная потребность в железе составляет 10 мг для мужчин и 20 мг для женщин.
• Токсическая доза – 200 мг/сутки.
• Летальная – 7–35 г. Получить такое количество железа практически невозможно, поэтому отравление железом встречается крайне редко.

Железо – металл, чьи физические характеристики, в частности, прочность, можно существенно изменить, прибегая к механической обработке или добавке очень небольшого количества легирующих элементов. Эта особенность в сочетании с доступностью и легкостью добычи металла делает железо самым востребованным конструкционным материалом.

Еще больше о свойствах железа расскажет специалистка в видео ниже:

Теплопроводность представляет собой физическую величину, которая определяет способность материалов проводить тепло. Иными словами, теплопроводность представляет собой способность субстанций передавать кинетическую энергию атомов и молекул другим субстанциям, находящиеся в непосредственном контакте с ними. В СИ эта величина измеряется во Вт/(К*м) (Ватт на Кельвин-метр), что эквивалентно Дж/(с*м*К) (Джоуль на секунду-Кельвин-метр).

Понятие теплопроводности

Она является интенсивной физической величиной, то есть величиной, которая описывает свойство материи, не зависящей от количества последней. Интенсивными величинами также являются температура, давление, электропроводность, то есть эти характеристики одинаковы в любой точке одного и того же вещества. Другой группой физических величин являются экстенсивные, которые определяются количеством вещества, например, масса, объем, энергия и другие.

Противоположной величиной для теплопроводности является теплосопротивляемость, которая отражает способность материала препятствовать переносу проходящего через него тепла. Для изотропного материала, то есть материала, свойства которого одинаковы во всех пространственных направлениях, теплопроводность является скалярной величиной и определяется, как отношение потока тепла через единичную площадь за единицу времени к градиенту температуры. Так, теплопроводность, равная одному ватту на метр-Кельвин, означает, что тепловая энергия в один Джоуль переносится через материал:

• за одну секунду;
• через площадь один метр квадратный;
• на расстояние один метр;
• когда разница температур на поверхностях, находящихся на расстоянии один метр друг от друга в материале, равна один Кельвин.

Понятно, что чем больше значение теплопроводности, тем лучше материал проводит тепло, и наоборот. Например, значение этой величины для меди равно 380 Вт/(м*К), и этот металл в 10 000 раз лучше переносит тепло, чем полиуретан, теплопроводность которого составляет 0,035 Вт/(м*К).

Перенос тепла на молекулярном уровне

Когда материя нагревается, увеличивается средняя кинетическая энергия составляющих ее частиц, то есть увеличивается уровень беспорядка, атомы и молекулы начинают более интенсивно и с большей амплитудой колебаться около своих равновесных положений в материале. Перенос тепла, который на макроскопическом уровне можно описать законом Фурье, на молекулярном уровне представляет собой обмен кинетической энергией между частицами (атомами и молекулами) вещества, без переноса последнего.

Это объяснение механизма теплопроводности на молекулярном уровне отличает его от механизма термической конвекции, при котором имеет место перенос тепла за счет переноса вещества. Все твердые тела обладают способностью к теплопроводности, в то время как тепловая конвекция возможна только в жидкостях и газах. Действительно, твердые вещества переносят тепло в основном за счет теплопроводности, а жидкости и газы, если есть температурные градиенты в них, переносят тепло в основном за счет процессов конвекции.

Теплопроводность материалов

Ярко выраженной способностью проводить тепло обладают металлы. Для полимеров свойственна невысокая теплопроводность, а некоторые из них практически не проводят тепло, например, стекловолокно, такие материалы называются теплоизоляторами. Чтобы существовал тот или иной поток тепла через пространство, необходимо наличие некоторой субстанции в этом пространстве, поэтому в открытом космосе (пустое пространство) теплопроводность равна нулю.

Каждый гомогенный (однородный) материал характеризуется коэффициентом теплопроводности (обозначается греческой буквой лямбда), то есть величиной, которая определяет, сколько тепла нужно передать через площадь 1 м², чтобы за одну секунду, пройдя через толщу материала в один метр, температура на его концах изменилась на 1 К. Это свойство присуще каждому материалу и изменяется в зависимости от его температуры, поэтому этот коэффициент измеряют, как правило, при комнатной температуре (300 К) для сравнения характеристики разных веществ.

Если материал является неоднородным, например, железобетон, тогда вводят понятие полезного коэффициента теплопроводности, который измеряется согласно коэффициентам однородных веществ, составляющих этот материал.

В таблице ниже приведены коэффициенты теплопроводности некоторых металлов и сплавов во Вт/(м*К) для температуры 300 К (27 °C):

• сталь 47-58;
• алюминий 237;
• медь 372,1-385,2;
• бронза 116-186;
• цинк 106-140;
• титан 21,9;
• олово 64,0;
• свинец 35,0;
• железо 80,2;
• латунь 81-116;
• золото 308,2;
• серебро 406,1-418,7.

В следующей таблице приведены данные для неметаллических твердых веществ:

• стекловолокно 0,03-0,07;
• стекло 0,6-1,0;
• асбест 0,04;
• дерево 0,13;
• парафин 0,21;
• кирпич 0,80;
• алмаз 2300.

Из рассматриваемых данных видно, что теплопроводность металлов намного превышает таковую для неметаллов. Исключение составляет алмаз, который обладает коэффициентом теплопередачи в пять раз больше, чем медь. Это свойство алмаза связано с сильными ковалентными связями между атомами углерода, которые образуют его кристаллическую решетку. Именно благодаря этому свойству человек чувствует холод при прикосновении к алмазу губами. Свойство алмаза хорошо переносить тепловую энергию используется в микроэлектронике для отвода тепла из микросхем. А также это свойство используется в специальных приборах, позволяющих отличить настоящий алмаз от подделки.

В некоторых индустриальных процессах стараются увеличить способность передачи тепла, чего достигают либо за счет хороших проводников, либо за счет увеличения площади контакта между составляющими конструкции. Примерами таких конструкций являются теплообменники и рассеиватели тепла. В других же случаях, наоборот, стараются уменьшить теплопроводность, чего достигают за счет использования теплоизоляторов, пустот в конструкциях и снижения площади контакта элементов.

Коэффициенты теплопередачи сталей

Способность передавать тепло для сталей зависит от двух главных факторов: состава и температуры.

Простые углеродные стали при увеличении содержания углерода снижают свой удельный вес, в соответствии с которым также уменьшается и их способность переносить тепло от 54 до 36 Вт/(м*К) при изменении процента углерода в стали от 0,5 до 1,5%.

Нержавеющие стали содержат в своем составе хром (10% и больше), которые вместе с углеродом образует сложные карбиды, препятствующие окислению материала, а также повышает электродный потенциал металла. Теплопроводность нержавейки невелика в сравнении с другими сталями и колеблется от 15 до 30 Вт/(м*К) в зависимости от ее состава. Жаропрочные хромоникелевые стали обладают еще более низкими значениями этого коэффициента (11-19 Вт/(м*К).

Другим классом являются оцинкованные стали с удельным весом 7 850 кг/м3, которые получают путем нанесения покрытий на сталь, состоящих из железа и цинка. Так как цинк легче проводит тепло, чем железо, то и теплопроводность оцинкованной стали будет относительно высокой в сравнении с другими классами стали. Она колеблется от 47 до 58 Вт/(м*К).

Теплопроводность стали при различных температурах, как правило, не изменяется сильно. Например, коэффициент теплопроводности стали 20 при увеличении температуры от комнатной до 1200 °C снижается от 86 до 30 Вт/(м*К), а для марки стали 08Х13 увеличение температуры от 100 до 900 °C не изменяет ее коэффициент теплопроводности (27-28 Вт/(м*К).

Факторы, влияющие на физическую величину

Способность проводить тепло зависит от ряда факторов, включая температуру, структуру и электрические свойства вещества.

Температура материала

Влияние температуры на способность проводить тепло различается для металлов и неметаллов. В металлах проводимость главным образом связана со свободными электронами. Согласно закону Видемана-Франца теплопроводность металла пропорциональна произведению абсолютной температуры, выраженной в Кельвинах, на его электропроводность. В чистых металлах с увеличением температуры уменьшается электропроводность, поэтому теплопроводность остается приблизительно постоянной величиной. В случае сплавов электропроводность мало изменяется с ростом температуры, поэтому теплопроводность сплавов растет пропорционально температуре.

С другой стороны, передача тепла в неметаллах главным образом связана с колебаниями решетки и обмене решеточными фононами. За исключением кристаллов высокого качества и низких температур, путь пробега фононов в решетке значительно не уменьшается при высоких температурах, поэтому и теплопроводность остается постоянной величиной во всем температурном диапазоне, то есть является незначительной. При температурах ниже температуры Дебая способность неметаллов проводить тепло, наряду с их теплоемкостью, значительно уменьшается.

Фазовые переходы и структура

Когда материал испытывает фазовый переход первого рода, например, из твердого состояния в жидкое или из жидкого в газ, то его теплопроводность может измениться. Ярким примером такого изменения является разница этой физической величины для льда (2,18 Вт/(м*К) и воды (0,90 Вт/(м*К).

Изменения кристаллической структуры материалов также влияют на теплопроводность, что объясняется анизотропными свойствами различных аллотропных модификаций вещества одного и того же состава. Анизотропия влияет на различную интенсивность рассеивания решеточных фононов, основных переносчиков тепла в неметаллах, и в различных направлениях в кристалле. Здесь ярким примером является сапфир, проводимость которого изменяется от 32 до 35 Вт/(м*К) в зависимости от направления.

Электрическая проводимость

Теплопроводность в металлах изменяется вместе с электропроводностью согласно закону Видемана-Франца. Это связано с тем, что валентные электроны, свободно перемещаясь по кристаллической решетке металла, переносят не только электрическую, но и тепловую энергию. Для других материалов корреляция между этими типами проводимости не является ярко выраженной, ввиду незначительного вклада электронной составляющей в теплопроводность (в неметаллах основную роль в механизме передачи тепла играют решеточные фононы).

Процесс конвекции

Воздух и другие газы являются, как правило, хорошими теплоизоляторами при отсутствии процесса конвекции. На этом принципе основана работа многих теплоизолирующих материалов, содержащих большое количество небольших пустот и пор. Такая структура не позволяет конвекции распространяться на большие расстояния. Примерами таких материалов, полученных человеком, являются полистирен и силицидный аэрогель. В природе на том же принципе работают такие теплоизоляторы, как шкура животных и оперение птиц.

Легкие газы, например, водород и гель, имеют высокие значения теплопроводности, а тяжелые газы, например, аргон, ксенон и радон, являются плохими проводниками тепла. Например, аргон, инертный газ, который тяжелее воздуха, часто используется в качестве теплоизолирующего газового наполнителя в двойных окнах и в электрических лампочках. Исключением является гексафторид серы (элегаз), который является тяжелым газом и обладает относительно высокой теплопроводностью, ввиду его большой теплоемкости.

Что быстрее проводит тепло медь или никель?

   Весь мир собрал здесь

, чтобы дать вам бесплатные завершающие ответы!

(——)

Текущая дискуссия, начавшаяся еще в 2004 году…

2004 г.

В. Меня зовут Майкл, я учусь в шестом классе, и мне нужно сдать научный проект, и мне нужно выяснить, что быстрее проводит тепло… медь (пенни) или никель (никель)?

Я пытался сделать это дома, но жара стала слишком сильной, прежде чем я заметил разницу. 9

2004 г.

А. Привет Михаил!

Другая проблема с экспериментом заключается в том, что пенни обычно не делают из меди, а монеты из никеля не делают. Пенни США, выпускаемые с 1983 года, представляют собой цинковый сердечник с тонким (толщиной 0,0005 дюйма) покрытием из меди, а никель представляет собой медно-никелевый сплав. Вы можете использовать канадские пенни до 2003 года, если вам нужна медь: но никель найти труднее.

Еще одна проблема заключается в том, что ваши монеты — пятак и пенни — разного размера, и вы не сможете учесть это в домашнем эксперименте.

Знаешь, если тебе нужен простой научный проект, почему бы тебе не использовать теплоемкость, а не теплопроводность? Возьмите кучу пенни, взвесьте их на домашних кухонных весах, прокипятите их в воде в сите, а затем быстро бросьте в стеклянную мерную чашку с водой, к которой у вас прикреплен термометр. Посмотрите, как сильно повысится температура воды. Повторите это с таким же весом пятицентовиков, или четвертаков, или маленьких камешков, которые вы нашли у себя во дворе, или ракушек с берега моря — подойдет все что угодно. Или делайте это на основе объема — пока вы сравниваете одинаковый вес или размер, это хороший эксперимент, который понравится учителям. Повторяйте эксперименты, чтобы убедиться, что вы получаете одинаковые результаты снова и снова — это должно быть довольно быстро. Только следите, чтобы не обжечься о кипящую воду! 9

15 июня 2018 г.

А. Привет, Пи Джей!

Теплопроводность металлов обусловлена ​​(и переносится) свободными электронами. Медь, серебро и золото — это металлы с одним валентным электроном, и этот валентный электрон может двигаться куда угодно и отталкивает любой другой электрон, потому что все электроны в кристалле меди имеют одинаковый спин.

Последние s орбиталей (они представляют собой поля вероятности «найти» электрон) большие и симметричные, и больше, если они заполнены наполовину и имеют самую высокую энергию (как и все благородные металлы). Таким образом, их очень мало привлекает ядро, и они могут свободно перемещаться куда угодно. 9

Finishing.com стал возможным благодаря …
этот текст заменяется на bannerText

Вопрос, ответ или комментарий в ЭТОЙ теме -или-
Начать НОВУЮ тему

Отказ от ответственности: На этих страницах невозможно полностью диагностировать проблему отделки или опасность операции. Вся представленная информация предназначена для общего ознакомления и не является профессиональным мнением или политикой работодателя автора. Интернет в значительной степени анонимен и непроверен; некоторые имена могут быть вымышленными, а некоторые рекомендации могут быть вредными.

Если вы ищете продукт или услугу, связанную с отделкой металлов, проверьте эти каталоги:

О нас/Контакты    —    Политика конфиденциальности    —   тепла?

В наше время никто не может жить без электричества. Это потребность каждого в каждой части мира, в каждом уголке. Каждый и каждый связан с каждой областью, где требуется электричество, но задумывались ли вы когда-нибудь о том, как появилось электричество, или, точнее сказать, как электричество присутствует во всех уголках мира. Ну, основная причина в том, что мы используем медный провод для передачи электричества. Таким образом, медь является лучшим проводником тепла и электричества.

Теперь возникает вопрос, почему мы полагаемся на медь? Что ж, можно сказать, что все металлы, присутствующие в природе, так или иначе являются очень хорошими проводниками тепла. Некоторые очень хорошие некоторые немного плохие. Металлы – твердые химические элементы. Чтобы изучить базовую атомную структуру конкретного атома металла, у них есть некоторые валентные электроны в их валентной оболочке. Валентная оболочка является последней оболочкой атома. Каждому атому требуется стабильное состояние в каждом состоянии, для достижения стабильности атому необходимо иметь восемь электронов в своей последней оболочке.

Атомы могут либо потерять часть электронов для стабильности, либо просто приобрести их, чтобы достичь стабильной электронной конфигурации. Металлы обычно имеют от одного до четырех электронов на валентной оболочке. Таким образом, они обычно теряют электроны. Электроны — это отрицательно заряженные частицы; за счет этого они обычно придают некоторый дополнительный заряд веществу. Когда металл теряет свои электроны, они обязательно нагреваются, так как количество свободных электронов увеличивается. Свободное движение электронов обязательно увеличит тепло- и электропроводность.

Основная конфигурация меди:

Обозначение: Cu

Атомный номер: 29

Атомная масса: 63,54 AMU

Ионный заряд: +3

Валентность: 80 3 количество меди использования. Большинство металлов считаются очень хорошими проводниками, но медь — лучший проводник, который теряет три электрона при комнатной температуре. Все атомы меди вместе могут потерять очень большое количество электронов и, таким образом, могут проводить огромное количество электричества. Медь также является очень дешевым металлом, поэтому используется во всех сферах применения.

Существует множество применений меди в области электричества:

• Электропроводка в домах, офисах, школах, магазинах, торговых центрах и т. д.
• Для автоматизированной индукции электричества в генераторах и инверторах, которые используются в случаях отключения электроэнергии и потери электроэнергии.
• Используется в конденсаторах для проведения электричества в батареях.

В процессе термического нагрева медь используется в качестве:

• Используется для изготовления нижних поверхностей посуды, так как обладает хорошей теплопроводностью.
• Используется для теплообменника в баках горячей воды.
• Также используется в качестве радиаторов в компьютерах, дисководах, телевизорах и многом другом.

Вот некоторые из применений меди для тепло- и электропроводности.

• Фитинги для труб: понимание основных типов и использования
  

  13 мая 2019 г.
  

• Зачем покупать титановые круглые стержни, а не другие стержни?
  

  10 мая 2019 г.

  
  

• Все, что вам нужно знать о трубах из нержавеющей стали 316L
  

  3 мая 2019 г.
  

• Что такое котельная труба из углеродистой стали?
  

  27 апр. 2019 г.
  

• Процесс производства и преимущества холоднокатаных стальных листов
  

  13 апр. 2019 г.
  

• Особенности и применение кремниевой бронзы
  

  30 марта 2019 г.

  
  

• Фосфористая бронза: ее свойства и характеристики
  

  16 марта 2019 г.
  

• Лучший способ использовать дуплексную сталь
  

  9 марта 2019 г.
  

• Углеродистая сталь и типы углеродистой стали
  

  15 февраля 2019 г.
  

• Болты, винты и шпильки: в чем разница?
  

  9 фев.

  2019 г.
  

Металл проводит тепло? (Подробное объяснение)

Металлы относятся к классу веществ, которые, как известно, обладают высокой пластичностью и ковкостью. Около трех четвертей всех открытых химических элементов составляют металлы. Алюминий, натрий, кальций, железо, калий и магний в изобилии встречаются в земной коре.

Большинство металлов содержится в рудах. Но такие металлы, как серебро, платина, золото и медь, доступны в свободном состоянии. Это связано с тем, что эти элементы не вступают в реакцию с другими химическими элементами.

В этой статье мы ответим на все вопросы, связанные с теплопроводностью металла.

Итак, металл проводит тепло? Да. Металлы проводят тепло. На самом деле, они известны как отличные проводники тепла. Это связано с тем, что электроны, присутствующие в металлической структуре, свободно перемещаются. Эти электроны облегчают перенос тепла от одного конца к другому.

Большинство металлов имеют одинаковую плотность электронов. Таким образом, фактором, определяющим, насколько хорошо металл будет проводить тепло, является легкость, с которой могут двигаться электроны.

В чистых металлах, таких как медь, электроны превосходят сотни атомов, прежде чем столкнутся с одним из них, что приведет к изменению его направления.

В то время как в сплавах электроны проходят только через несколько атомов, прежде чем столкнуться с одним из них и изменить его направление.

Почему металл проводит тепло?

Структура металла состоит из идеально ориентированных катионов (положительных ионов) и делокализованных электронов.

Делокализованные электроны могут передавать энергию с большей скоростью. Электроны свободно перемещаются и проводят тепло. Теплопроводность возникает при нагревании металла.

Нагрев приводит к тому, что электроны внутри металлической структуры приобретают энергию и начинают вибрировать.

Эти заряженные электроны сталкиваются с соседними электронами и передают им свою энергию. Эта передача энергии продолжается до тех пор, пока тепло не перейдет от горячего конца к холодному.

Как тепло передается через металл?

Тепло может передаваться из одного места в другое тремя различными способами: излучением, конвекцией и теплопроводностью.

Когда между двумя системами существует разница температур, тепло будет передаваться из области с высокой температурой в область с низкой температурой до тех пор, пока не будет достигнуто равновесие.

Теплопроводность – это передача тепла между веществами, находящимися в непосредственном контакте друг с другом. Она требует материи как среды.

Теплопроводность через металл возникает при нагревании металла. Нагрев снабжает металл внешней энергией и заставляет электроны быстро двигаться и сталкиваться с соседними электронами.

Это приводит к передаче тепла через металл. Чем лучше проводник, тем быстрее будет передаваться тепло.

Какие факторы определяют теплопроводность материала?

Факторы, определяющие теплопроводность материала, следующие:

Свободные электроны

Материалы в твердом состоянии содержат больше свободных электронов, чем материалы в жидком или газообразном состоянии.

Металлы имеют наибольшее количество свободных электронов и плотно упакованную структуру кристаллической решетки.

Чистота материала

Чистые материалы имеют лучшую теплопроводность, чем легированные. Это происходит из-за легирования металлов, что приводит к добавлению примесей в металлическую структуру.

Это вызывает снижение его теплопроводности. Например, теплопроводность чистой меди составляет 385 Вт/мК. В то время как медь, легированная мышьяком, составляет 142 Вт/мК.

Влияние формовки

На теплопроводность металла может отрицательно повлиять ковка, гибка и волочение в тонкую проволоку.

Термическая обработка также может использовать способность материала проводить тепло.

Высокая температура

В твердых телах при экстремально высоких температурах вибрация кристаллической решетки увеличивается, а движение свободных электронов уменьшается.

Таким образом, теплопроводность металла снижается при значительном повышении температуры.

В газах при высоких температурах теплопроводность увеличивается. Это связано с тем, что удельная теплоемкость и средняя скорость движения газов увеличиваются при высоких температурах.

В жидкостях при высоких температурах теплопроводность уменьшается. Это связано с тем, что теплопроводность жидкости прямо пропорциональна ее плотности.

Плотность жидкости уменьшается при высоких температурах. Следовательно, его теплопроводность также снижается.

Плотность

Теплопроводность материала прямо пропорциональна его плотности. Увеличение плотности вызовет увеличение теплопроводности материала.

Кристаллическая структура

Материалы с правильной кристаллической структурой обладают лучшей теплопроводностью, чем материалы в их аморфной форме.

Какие факторы определяют скорость теплопроводности?

Скорость теплопроводности зависит от четырех факторов:

Градиент температуры

Градиент температуры определяет направление и скорость изменения температуры в системе. Это физическая величина.

Когда разница температур между двумя системами больше, теплопроводность происходит быстрее, пока не будет достигнуто тепловое равновесие. Но скорость теплопроводности уменьшается, когда разница температур меньше.

Поперечное сечение материала

Размер материала также играет ключевую роль в определении коэффициента теплопроводности.

Чем больше размер, тем больше требуется тепловой энергии, а теплопроводность занимает больше времени. Меньшие площади поперечного сечения позволяют передавать тепло с гораздо большей скоростью.

Длина пути

Длина пути — это расстояние между двумя точками системы.

Чем короче расстояние, тем быстрее будет теплопроводность и будет потеряно минимальное количество тепла.

Физические свойства материала

В металлах достаточно электронов для осуществления теплопередачи. Но у неметаллов нет свободных электронов. Следовательно, они известны как плохие проводники тепла или изоляторы.

Проводят ли щелочные металлы тепло?

Щелочные металлы — это химические элементы, которые входят в группу 1 периодической таблицы.

Они состоят из лития, натрия, калия, рубидия, цезия и франция. Эти элементы образуют щелочи (сильные основания) при взаимодействии с водой. Это дало название группе.

Щелочные металлы являются отличными проводниками тепла, так как они имеют свободные электроны, которые способствуют передаче тепла от одного конца к другому.

Какой металл является лучшим проводником тепла?

Серебро — отличный проводник тепла. Однако в коммерческих целях медь используется из-за теплопроводности. Это потому, что медь работает как доступная альтернатива серебру.

Теплопроводность серебра составляет 419 Вт/мК, а меди — 386 Вт/мК.

Часто задаваемые вопросы

Какой неметалл проводит тепло?

Неметаллы — это химические элементы, не обладающие пластичностью и пластичностью. Они не имеют правильной кристаллической структуры и лишены блеска. Как правило, все неметаллы являются плохими проводниками тепла и называются изоляторами.

Но графит, источник углерода, является отличным проводником тепла. Следовательно, он используется в производстве железа, где графит подвергается воздействию высоких температур.

Металл лучше проводит тепло, чем неметалл?

Металлы имеют большую плотность, чем неметаллы. Кроме того, у них есть свободные электроны, которых нет у неметаллов. Следовательно, эти факторы делают металлы лучше проводящими тепло, чем неметаллы.

Металл лучше проводит тепло, чем пластик?

Наличие в металлах электронов проводимости (свободных электронов) делает их хорошим проводником тепла. Но в пластмассах отсутствуют электроны проводимости.

Следовательно, они пробуют роль изоляторов. Например, теплопроводность серебра равна 419.Вт/мК, а у пластика — 0,33 Вт/мК.

Металл лучше проводит тепло, чем дерево?

Дерево не имеет такой жесткой структуры, как металл. Он имеет пористое тело, что приводит к потерям тепла при передаче тепла от одного конца к другому.

Теплопроводность древесины 0,12 Вт/мК. Следовательно, металлы лучше проводят тепло, чем дерево.

Металл лучше проводит тепло, чем стекло?

Стекло не имеет упорядоченной кристаллической структуры. Кроме того, в отличие от металлов, у него нет свободных электронов, что способствует теплопроводности.

Теплопроводность стекла составляет 0,130 Вт/мК. Стекло действует как изолятор. Следовательно, металлы проводят тепло лучше, чем стекло.

Какой металл плохо проводит тепло?

Свинец — это металл, но он плохо проводит тепло. Его теплопроводность составляет 35 Вт/мК.

Когда металл проводит тепло?

Металл проводит тепло всякий раз, когда его нагревают. Нагрев обеспечивает его энергией, необходимой для увеличения энергии электронов и позволяет им вибрировать и сталкиваться с соседними электронами.

Это столкновение вызывает передачу тепла между ними, и тепло успешно передается из одного места в другое.

Все ли металлы проводят тепло?

Нет, все металлы не проводят тепло. Такие металлы, как висмут, нержавеющая сталь, хром, титан и свинец, плохо проводят тепло.

Похожие темы, которые вы должны прочитать

Расширяется ли металл при нагревании

Обращаются ли астероиды вокруг Солнца

Цунами против урагана

— бронзовый магнитный

— биоразлагаемая хлопковая биоразлагаемая

Как выполняются керамика

Имеет ли титановая ржавчина

Силиконовая модель Bohr

— конденсация эндотермическая или экзотермическая

. Поглощение песка Water

Заключение

. благодаря наличию свободных электронов. Они имеют правильную структуру, которая позволяет электронам течь от одного конца к другому. Металлы проводят тепло при нагревании от точки с более высокой температурой к точке с более низкой температурой до тех пор, пока не будет достигнуто тепловое равновесие.

Серебро и медь являются отличными проводниками тепла, в то время как свинец, хром, висмут, титан и нержавеющая сталь плохо проводят тепло. Неметаллы не имеют регулярной структуры или свободных электронов. Следовательно, они называются изоляторами. Графит здесь исключение.

Почему металлы так хорошо проводят тепло и электричество?

Структура металлов

Структуру чистых металлов легко описать, поскольку атомы, образующие эти металлы, можно представить себе как одинаковые идеальные сферы. В частности, металлическая структура состоит из «выровненных положительных ионов» (катионов) в «море» делокализованных электронов. Это означает, что электроны могут свободно перемещаться по всей структуре и обусловливают такие свойства, как проводимость.

Какие бывают типы облигаций?

Ковалентные связи

Ковалентная связь — это связь, которая образуется, когда два атома делят электроны. Примерами соединений с ковалентными связями являются вода, сахар и диоксид углерода.

Ионные связи

Ионные связи — это полный перенос валентных электронов между металлом и неметаллом. В результате образуются два противоположно заряженных иона, которые притягиваются друг к другу. В ионных связях металл теряет электроны, становясь положительно заряженным катионом, тогда как неметалл принимает эти электроны, становясь отрицательно заряженным анионом. Примером ионной связи может быть соль (NaCl).

Металлические связи

Металлические связи являются результатом силы электростатического притяжения, возникающей между электронами проводимости (в виде электронного облака делокализованных электронов) и положительно заряженными ионами металлов. Его можно описать как совместное использование свободных электронов в решетке положительно заряженных ионов (катионов). Металлическая связь определяет многие физические свойства металлов, такие как прочность, пластичность, тепловое и электрическое сопротивление и проводимость, непрозрачность и блеск.

Делокализованные Движущиеся электроны в металлах —

Свободное движение электронов в металлах придает им проводимость.

Электропроводность

Металлы содержат свободно движущиеся делокализованные электроны. Когда прикладывается электрическое напряжение, электрическое поле внутри металла вызывает движение электронов, заставляя их перемещаться от одного конца к другому концу проводника. Электроны будут двигаться в положительную сторону.

Теплопроводность

Металл хорошо проводит тепло. Проводимость возникает, когда вещество нагревается, частицы получают больше энергии и сильнее вибрируют. Затем эти молекулы сталкиваются с соседними частицами и передают им часть своей энергии. Затем это продолжается и передает энергию от горячего конца к более холодному концу вещества.

Почему металлы так хорошо проводят тепло?

Электроны в металле являются делокализованными электронами и являются свободно движущимися электронами, поэтому, когда они получают энергию (тепло), они вибрируют быстрее и могут перемещаться, это означает, что они могут передавать энергию быстрее.

Какие металлы лучше всего проводят ток?

Вверху:

Электронные оболочки Золото (au), серебро (Ag), медь (Cu) и цинк (Zn).
Логика подсказывает, что золото является лучшим проводником, имеющим единственный s-орбитальный электрон в последней оболочке (см. диаграмму выше) … так почему же серебро и медь на самом деле лучше (см. таблицу ниже).

Серебро имеет больший атомный радиус (160 пм), чем золото (135 пм), несмотря на то, что в золоте больше электронов, чем в серебре! О причине этого см. Комментарий ниже.

Примечание:  Серебро является лучшим проводником, чем золото, но золото предпочтительнее, поскольку оно не подвержено коррозии. (Медь является наиболее распространенной, потому что она наиболее экономична)
Ответ немного сложен, и мы размещаем здесь один из лучших ответов, которые мы видели для тех, кто знаком с материалом.

«Серебро находится посередине среди переходных металлов, примерно на полпути между благородными газами и щелочными металлами. В столбце 11 периодической таблицы все эти элементы (медь, серебро и золото) имеют одну букву s -орбитальный электрон внешней оболочки электрона (также платина, в столбце 10). 

Орбитальная структура электронов этих элементов не имеет особого сродства к получению или потере электрона по отношению к более тяжелым или более легким инертным газам, потому что они находятся на полпути между ними. В целом это означает, что не требуется много энергии, чтобы временно выбить электрон или временно добавить его. Удельное сродство к электрону и потенциалы ионизации варьируются, и, что касается проводимости, наличие относительно низких энергий для этих двух критериев несколько важно.

Если бы это были единственные критерии, то золото было бы лучшим проводником, чем серебро, но у золота есть дополнительные 14 f-орбитальных электронов под 10 d-орбитальными электронами и единственным s-орбитальным электроном. 14 f-электронов связаны с дополнительными атомами в ряду актинидов. С 14 дополнительными электронами, которые, по-видимому, выталкивают d- и s-электроны, можно подумать, что s-электрон просто сидит там, «созревший» для проводимости (вряд ли требуется какая-то энергия, чтобы оттолкнуть его), но НЕЕЕЕТ. Электроны на f-орбитах упакованы таким образом, что это приводит к тому, что атомный радиус золота на самом деле МЕНЬШЕ атомного радиуса серебра — ненамного, но он меньше. Меньший радиус означает большую силу воздействия ядра на внешние электроны, поэтому серебро побеждает в «состязании» проводимости. Помните, сила электрического заряда обратно пропорциональна квадрату расстояния.  Чем ближе 2 заряда друг к другу, тем выше сила между ними.

И медь, и платина имеют еще меньший диаметр; следовательно, большее притяжение от ядра, следовательно, больше энергии, чтобы сбить этот одинокий s-электрон, следовательно, более низкая проводимость.

Другие элементы с одним электроном на s-орбитальной орбите, «созревшим для появления устройства для выбора проводимости», также имеют меньшие атомные радиусы (молибден, ниобий, хром, рутений, родий), чем серебро.

Таким образом, главным образом, именно там, где «мать-природа» поместила серебро в периодическую таблицу, определяется его превосходная проводимость».0623

Источник с tlbs101 Yahoo

ИСТОЧНИКИ И ВЫБОР ЧИТАТЕЛЕЙ —

Структура и физические свойства металлов

Почему некоторые металлы лучше проводят тепло, чем другие?

Как передается тепло?

Теплопроводность в металлах

Наука о теплопередаче: что такое теплопроводность?

Тепло — интересная форма энергии. Он не только поддерживает жизнь, делает нас комфортными и помогает нам готовить пищу, но понимание его свойств является ключом ко многим областям научных исследований. Например, знание того, как передается тепло и в какой степени различные материалы могут обмениваться тепловой энергией, определяет все: от строительства обогревателей и понимания сезонных изменений до отправки кораблей в космос.

Тепло может передаваться только тремя способами: теплопроводностью, конвекцией и излучением. Из них проводимость, пожалуй, наиболее распространена и регулярно встречается в природе. Короче говоря, это передача тепла через физический контакт. Это происходит, когда вы прижимаете руку к оконному стеклу, когда кладете кастрюлю с водой на активный элемент и когда кладете утюг в огонь.

Этот перенос происходит на молекулярном уровне — от одного тела к другому — когда тепловая энергия поглощается поверхностью и заставляет молекулы этой поверхности двигаться быстрее. При этом они сталкиваются со своими соседями и передают им энергию, и этот процесс продолжается до тех пор, пока добавляется тепло.

Теплопроводность осуществляется через любой материал, представленный здесь прямоугольным стержнем. Скорость, с которой он переносится, частично зависит от толщины материала (показатель A). Кредит: Boundless

Процесс теплопроводности зависит от четырех основных факторов: градиента температуры, поперечного сечения вовлеченных материалов, длины их пути и свойств этих материалов.

Градиент температуры — это физическая величина, описывающая, в каком направлении и с какой скоростью изменяется температура в определенном месте. Температура всегда течет от самого горячего к самому холодному источнику, потому что холод есть не что иное, как отсутствие тепловой энергии. Этот перенос между телами продолжается до тех пор, пока не исчезнет разница температур и не наступит состояние, известное как тепловое равновесие.

Поперечное сечение и длина пути также являются важными факторами. Чем больше размер материала, участвующего в переносе, тем больше тепла требуется для его нагрева. Кроме того, чем больше площадь поверхности, которая подвергается воздействию открытого воздуха, тем выше вероятность потери тепла. Таким образом, более короткие объекты с меньшим поперечным сечением являются лучшим средством минимизации потерь тепловой энергии.

Последнее, но не менее важное, это физические свойства используемых материалов. По сути, когда дело доходит до теплопроводности, не все вещества одинаковы. Металлы и камень считаются хорошими проводниками, поскольку они могут быстро передавать тепло, тогда как такие материалы, как дерево, бумага, воздух и ткань, плохо проводят тепло.

Проводимость, демонстрируемая нагреванием металлического стержня пламенем. Предоставлено: Thomson Higher Education

Эти проводящие свойства оцениваются на основе «коэффициента», который измеряется по отношению к серебру. В этом отношении серебро имеет коэффициент теплопроводности 100, тогда как другие материалы имеют более низкий рейтинг. К ним относятся медь (92), железо (11), вода (0,12) и древесина (0,03). На противоположном конце спектра находится идеальный вакуум, который не способен проводить тепло и поэтому оценивается как нулевой.

Материалы, плохо проводящие тепло, называются изоляторами. Воздух, коэффициент проводимости которого равен 0,006, является исключительным изолятором, поскольку его можно удерживать в замкнутом пространстве. Вот почему искусственные изоляторы используют воздушные отсеки, такие как окна с двойным остеклением, которые используются для сокращения счетов за отопление. По сути, они действуют как буферы против потери тепла.

Перо, мех и натуральные волокна являются примерами натуральных изоляторов. Это материалы, которые позволяют птицам, млекопитающим и людям оставаться в тепле. Морские выдры, например, живут в океанских водах, которые часто бывают очень холодными, и их роскошный густой мех согревает их. Другие морские млекопитающие, такие как морские львы, киты и пингвины, полагаются на толстые слои жира (он же ворвань) — очень плохой проводник — для предотвращения потери тепла через кожу.

Это вид носовой части космического корабля «Дискавери», построенного из термостойких углеродных композитов. Предоставлено: NASA

Та же логика применяется к изоляции домов, зданий и даже космических кораблей. В этих случаях методы включают либо захваченные воздушные карманы между стенами, стекловолокно (которое улавливает воздух внутри себя), либо пену высокой плотности. Космические корабли представляют собой особый случай и используют изоляцию в виде пены, армированного углеродного композитного материала и плитки из кварцевого волокна. Все они являются плохими проводниками тепла и, следовательно, предотвращают потерю тепла в космосе, а также предотвращают попадание экстремальных температур, вызванных входом в атмосферу, в кабину экипажа.

Посмотрите это видео-демонстрацию тепловых плит на космическом шаттле: